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我們的世界五彩斑斕，各種顏色代表了各種心情，如果我們的世界失去了色彩，我們的生活將變的乏味、無趣。那你有沒有想過我們是如何看到各種不同的顏色的？有些同學(xué)會(huì)說：是因?yàn)槲矬w對(duì)光線的吸收和反射的緣故！這個(gè)回答并不完整，畢竟動(dòng)物眼中的世界和我們?nèi)祟惒灰粯印Ｋ晕覀內(nèi)绾慰创伾?strong>物理學(xué)和生物學(xué)共同努力的結(jié)果，今天我們就深入了解下顏色的奧秘。 當(dāng)你看著香蕉說：“它是黃色的！”你能看到黃色并不只和香蕉有關(guān)，你也是這個(gè)物理過程的參與者，其中還包括光源。我們知道蘋果是紅色的，天空是藍(lán)色的，草是綠色的等等。 那么我們要看到任何顏色，都需要三個(gè)要素:
這三個(gè)要素缺一不可。下面我們將逐一介紹這些因素在這個(gè)過程中發(fā)揮的重要作用。 細(xì)說光源：從分類、電磁頻譜到太陽光為何由多種顏色的光組成。當(dāng)我們提到光源時(shí)，我們可以根據(jù)光源的性質(zhì)和來源把它們劃分為兩個(gè)部分。
我們知道次級(jí)光源通常不被視為光源，因?yàn)樗鼈儾粍?chuàng)造光，只是光的搬運(yùn)工。我們家里的鏡子就是這樣工作的，它們不發(fā)光，但是它們會(huì)反射光！如果你用手電筒照鏡子，鏡子會(huì)以和入射光相同的角度將光反射出去。  上圖中的光源照射到反射面，光線的反射角和入射角總是相同。重點(diǎn)是，上圖中的反射面不是一個(gè)來源。你還能想到哪個(gè)次級(jí)光源會(huì)被人們誤認(rèn)為是初級(jí)光源嗎? 對(duì)！就是我們的月亮，它是太陽光的搬運(yùn)工，屬于次級(jí)光源。  作為初級(jí)光源的物體，必定是將另一種形式的能量轉(zhuǎn)化為光能。如：太陽轉(zhuǎn)換核能，火轉(zhuǎn)換化學(xué)能，燈泡或各種屏幕轉(zhuǎn)換電能。 當(dāng)談到自然光源和人造光源的區(qū)別時(shí)，這個(gè)就很簡(jiǎn)單，人造的就是人造的。我們主要的自然光源是太陽，但自然界中也有其他東西能產(chǎn)生光，比如螢火蟲、一些魚類、蘑菇。 人造光源包括：激光、各種屏幕和燈等等。 那么光源和我們看到顏色有什么關(guān)系？光在真空中以每秒30萬公里的速度以波的形式沿直線傳播，每一束太陽光都是由不同波長(zhǎng)的光組合而成的，而不同波長(zhǎng)的光又具有不同的顏色，這是我們能看到各種顏色的根本。 那為什么太陽光在可見光譜上分布如此均勻、廣泛呢？換句話說：太陽光為何由多種顏色的光組成。有趣的事實(shí)：光從太陽到達(dá)地球需要8分鐘，這一點(diǎn)我們都知道。如果按嚴(yán)格的物理學(xué)這可不是8分鐘，因?yàn)樘柕暮司圩儼l(fā)生在核心，核心所產(chǎn)生的光子并不是我們熟知的可見光，而是擁有極高頻率或能量的伽馬射線，但是光子想達(dá)到太陽表面，必須穿過70萬公里的致密等離子體，而光子又很容易與帶電粒子發(fā)生碰撞，最快的光子左搖右晃的到達(dá)太陽表面至少也得一萬年，這種光子碰撞的次數(shù)少，所以能量損失較小基本分布在紫外線區(qū)域。  但是最慢的光子可能運(yùn)氣不好，碰撞次數(shù)多，需要10萬年的時(shí)間才能到達(dá)太陽表面，這些光子由于損失能量過多基本就分布在了紅外線區(qū)域，那么從紅外線到紫外線中間的區(qū)域，也分布著大量的光子，它們也都是經(jīng)過各種情況的碰撞從太陽核心出來的，這就是太陽光在光譜上分布如此廣泛的原因。 現(xiàn)在讓我們回到不同顏色的光?？梢姽鈱?shí)際上只是不同電磁波尺度上極小的一部分。電磁頻譜從長(zhǎng)波（十幾米，低頻)的無線電波到短波(納米的一小部分，高頻)的伽馬射線。而可見光的波長(zhǎng)在390到700納米之間。  我們眼睛看不見的光的范圍：紅外線和紫外線，但我們看不見并不意味著不存在，并且有一些動(dòng)物可以看到，后面我們?cè)谟懻撗劬Φ臅r(shí)候會(huì)講到。 現(xiàn)在，我想以上的知識(shí)已經(jīng)涵蓋了所有光源的知識(shí)，方便我們理解我們?nèi)绾慰创伾?/p> 小結(jié)
觀察對(duì)象，又一個(gè)令人吃驚的事實(shí)，很有趣哈！如果理解了太陽光為何由各種顏色混合而成的，其實(shí)問題就特別簡(jiǎn)單了。我們?cè)谏钊氲恼f一下：彩虹的顏色大家都知道，而且17世紀(jì)牛頓也用三棱鏡分出來了那幾種顏色，但是有個(gè)問題太陽光到底有多少種顏色呢？10^4、10^6甚至10^32種？為什么這么多？可以戳鏈接了：你認(rèn)為彩虹只有7種顏色嗎？它可能有10^4、10^6甚至10^32種 太陽光為白光，因?yàn)轭伾珜?shí)在太多了，攪一起就呈現(xiàn)了白光！ 我們生活中最直觀的例子就是，夏天你出門穿什么顏色的衣服至關(guān)重要，黑色和白色一個(gè)天上一個(gè)地下的區(qū)別！這就和我們的顏色有關(guān)。  當(dāng)白光照射到物體表面時(shí)，一些波長(zhǎng)(顏色)被吸收，一些被反射。香蕉是黃色的，因?yàn)?strong>黃色的光被反射了，草莓是紅色的，因?yàn)?strong>紅色的光被反射了。在上圖中，你可以看到不同顏色的光打在葉子上，葉子只反射出了綠色。這時(shí)我們看到葉子認(rèn)為這是綠色的。這就是顏色的基本工作原理。
令人驚訝的事實(shí)： 物體反射哪種顏色和吸收哪種顏色取決于它的化學(xué)結(jié)構(gòu)。我們看到不同的顏色是因?yàn)槲矬w中不同的化學(xué)物質(zhì)吸收太陽光光譜的不同部分。 令人驚訝的是，這里要意識(shí)到，顏色不是物體內(nèi)部的固有屬性，只是它不吸收這種波長(zhǎng)的光，這種光被反射出來才被我們看到了。這也說明物體的顏色是我們看不到的，或者物體的顏色不是物體本身。這話聽起來怪怪的，對(duì)吧？香蕉其實(shí)不是黃色的，我們看到它是黃色的，因?yàn)樗浅它S色以外的所有顏色，這話聽起來更怪！ 小結(jié)：
我們的眼睛，有部分女性比我們多一種視錐細(xì)胞，她們能看到更豐富的顏色。最后一件也是特別重要的，就是我們的眼睛，如果沒有眼睛任他外面天花亂墜，都與我們無關(guān)！所以我們感謝大自然賦予了我們這么神奇的器官！這就是生物學(xué)的用武之地。 科學(xué)家估計(jì)，即使我們的眼睛中只有三種不同類型的視錐細(xì)胞，人類也能分辨多達(dá)1000萬種顏色。某些動(dòng)物有更多的視錐細(xì)胞，最有名的螳螂蝦多達(dá)16種視錐細(xì)胞，堪稱生物界最復(fù)雜的眼睛，我們真的想不到它能看到什么？想了解動(dòng)物們可以看到什么？戳下鏈接：動(dòng)物眼中的世界是怎樣的？局限性的感官是否是認(rèn)識(shí)世界的障礙 還是上面葉子的例子：白光打到葉子上，葉子反射出綠色的光線進(jìn)入我們的眼睛。為了看到綠色，我們必須有健康的眼睛，健康的大腦。  注意下這張圖片略顯夸張，是為了更好的說明光線進(jìn)入眼睛 光線來自光源，照射到物體上，反射在你的眼睛里。眼睛只是接受處理光信號(hào)的器官并不是用來解釋顏色的，反映顏色是我們大腦的工作。  反射光首先到達(dá)角膜，也就是眼睛的最外層。然后光線向瞳孔彎曲，瞳孔的放大和縮小控制照射在晶狀體上光線的數(shù)量，晶狀體將光線聚焦在視網(wǎng)膜上。這是眼睛后部的一層神經(jīng)細(xì)胞，有探測(cè)光線并對(duì)光線做出反應(yīng)的視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞。我們有大約600萬個(gè)視錐細(xì)胞和1.1億個(gè)視桿細(xì)胞，視錐細(xì)胞是含有光色素的細(xì)胞，視桿細(xì)胞負(fù)責(zé)我們?cè)诘凸獾沫h(huán)境下看得更清楚。 人類有三種光色素：紅色、綠色和藍(lán)色。有一項(xiàng)研究得出結(jié)論，12%的女性有4種視錐細(xì)胞，她們能看到的顏色是其他人的100倍。 最后視網(wǎng)膜將光波的能量傳遞給神經(jīng)脈沖，神經(jīng)脈沖通過視神經(jīng)傳遞給大腦，大腦將光波解釋為視覺。然后我們的大腦“告訴”我們樹葉是綠色的。 因?yàn)槲覀兠總€(gè)人的大腦（處理器）并不完全一樣，所以我們看到的顏色肯定也不一樣。你的紅不是我的紅，你說的白是什么白.....
總結(jié)：我覺得以上的內(nèi)容已經(jīng)能讓你充分的理解什么是顏色？以及我們是如何看待顏色的？首先最最重要的是我們的太陽光擁有平滑過渡均勻的波長(zhǎng)，有豐度的顏色！其次就是我們要感謝大自然的鬼斧神工，賦予了我們處理光信號(hào)的器官，這個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜程度堪比人類任何的科學(xué)儀器！ 這就是顏色的奧秘！物理學(xué)和生物學(xué)共同作用的結(jié)果！ |
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