光和颜色

没有光就没有颜色,自然界中不同物体颜色不同,实际上是反射的色光不同。为什么白光照在物体上会反射出色光呢?原来白光中包含许多频率不同的色光,不同物体反射不同色光的反射率不同,我们看到草是绿的是因为草反射绿色的能力最强。黑色物体则是因为他吸收几乎所有频率的光。没有光反射时我们看到的就是黑色。

关于白光和色光的关系,1666年,牛顿做了光的色散实验。他当时在暗室的窗子上开了一个小孔,让太阳光通过小孔进入室内,在光经过的地方放一三棱镜,三棱镜后面置一屏。结果屏上出现了彩色光谱,如同我们在雨后彩虹上看到的那样。其中偏拆最大的是紫光,偏拆最小的是红光。

这个实验还不足以说明白光是由多种单色光复合而成,因为这可能是白光与棱镜相互作用的结果。为此,牛顿在屏上再开一小孔,小孔后面放第二块棱镜,棱镜后面置第二块屏。牛顿转动第一块棱镜,分别让不同颜色的单色光通过小孔经过第二块棱镜再照在第二块屏上。结果,所有的单色光不能再被第二块棱镜分解或改变成其它颜色的单色光。

为了进一步说明白光是由多种单色光复合而成,牛顿将白光分解成各种单色光后,让它们再经过一个顶角较大的倒置棱镜,结果这些单色光在屏上重新复合成白光。

通过以上实验,牛顿证实了白光是由多种频率不同的单色光复合而成。

我们前面讲过,光的频率取决于电子从原子的一个轨道跌落到另一个轨道的能量差。因为发光的物质可能是许多不同原子,同一个原子也有许多轨道,所以光的频率有很多种。

科学的进一步研究表明,光在本质上是电磁波的一种。波是振动在空间的传播。如在空气中传播的声波,在水面传播的水波以及在地壳中传播的地震波等,它们都是由振源发出的振动在弹性介质中的传播,这些波统称为机械波。光波、热辐射、微波、无线电波等都是由振源发出的电磁振荡在空间的传播,这些波叫做电磁波。

1 单色光颜色和电磁波分类

地球上的自然光(阳光和从天空反射到地球的光)能量在波长上的分布主要集中在可见光范围内,在紫外光和红外光范围内,能量相对较小。在其他波段内能量更小甚至没有。没有云的阳光中带有紫外光较多。红光和红外光穿透云雾的能力较强,早晚相对多一些,所以我们早晚看到更多红色。另外物体随温度不同会发出一定能量的红外光,夜视镜就是根据红外光传递的信息显示物体。

值得注意的是,人眼可见380-780nm范围内的色光,而自然光在这个范围内的能量也最多。为什么人眼对自然界最常见的光最为敏感?一个合理的解释是:这是信息传输的需要。对于人类来说,看见其他光或电磁波对传递外物的信息意义不大,所以人眼没有进化成那样的眼睛。据说蜜蜂能看见部分人眼看不见的紫外光,而乌龟能看见部分人眼看不见的红外光。那是因为蜜蜂经常在紫外光相对强烈的环境下寻觅花朵,乌龟经常在阳光很弱(红外光相对较强)的环境下活动。可以说,人和动物看见某些色光是因为由于生存的原因,它们有必要看见这些色光。假如某个星球上的自然光能量分布是另外一个样子,并且这个星球上有动物,那么这些动物所能看见的光也将包含在它们的自然光之中,而与地球人的可见光不同。

由于色觉不同,可以说,蜜蜂的表象世界,乌龟的表象世界以及人的表象世界是不同的。不同的表象世界体现了不同的生物的不同的本质力量。