光有顏色嗎?其實世界本無顏色,顏色只是我們自己大腦產生的幻覺

2020-12-06 失落代號

上過初中的朋友都知道,使用三稜鏡可以將白色的太陽光分解出來(也叫光的色散),變成七彩繽紛的顏色:紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫,也就是彩虹的顏色,確實非常神奇驚豔。

三稜鏡

從三稜鏡中將光演變成七彩顏色,這不僅是大自然的美麗,也是人類智慧的傑作。為什麼我們肉眼看見的太陽光都是白茫茫的一片,而通過三稜鏡就可以分解為各種彩色呢?莫非是眼睛欺騙了我們,還是我們的眼睛存在不足呢?

三稜鏡分解出的光

光在真空中傳播不僅速度是最快,而且路線也是直的,但是進入到介質以後,光就會發生偏折,也就是我們所說的折射。比如光從空氣進入水面、進入玻璃面,都不是一條直線直直進入的,而是會在兩種介質交界面發射折射。光從空氣射入三稜鏡,就會在三稜鏡裡面發生第一次折射(偏折),從三稜鏡出來時,又會發生一次折射。

三稜鏡色散

我們知道,自然界中的光是由各種單色光合成的,我們稱之為複色光(光為什麼有顏色,我們在後面再講)。光的顏色是由光的頻率(波長)決定的,這些複合光中各單色光的頻率不一樣,因此它們具有不一樣的顏色,當他們混合一起的時候,就顯示為白色。頻率最小的是紅色光,頻率最大的則是紫色光,但是它們在真空中的傳播速度都一樣,均為光速u。

從波長與波速的公式λ=uT(u為波速、T為周期),以及頻率與周期公式T=1/f可知,頻率越高,則波長越短。那麼頻率最小的紅色光它的波長是最長的,可以達到800nm;而頻率最大的紫色光,它的波長是最短的,最多只有400nm。

不同波長光通過玻璃的變化

我們知道不同顏色的光,它們的頻率是不同的了,那麼這些不同顏色的光在進入另一種介質時候,它們的折射又是怎樣的呢?對同一種介質,光的頻率越高,介質對這種光的折射率就越大,也就是說在7種顏色光中,折射率最高的是紫色光,最低的是紅色光。折射率最大的,出三稜鏡後往下偏折的角度就越大,所以我們看到通過三稜鏡的光最下面的是紫色光,最上面的是紅色光,當然彩虹的顏色也是這個順序。

大自然雙彩虹

為什麼只有三稜鏡可以分解光,而普通的玻璃磚塊卻不可以呢?由於普通的玻璃磚是一個矩形結構,兩邊對稱,當光進入玻璃磚時候,發射了折射,在玻璃裡面分解了光,也就是發射了色散。但是在光從玻璃另一面出去的時候,光又發生了一次折射,進入玻璃時候光的折射角小於入射角,而離開玻璃的時候度折射角大於入射角,這就導致了光線從玻璃磚出來後和進來前是平行的!進去時候分解了光,出去時候又複合了,等於沒有分解,你就看不到了!

光通過玻璃磚塊光路

而三稜鏡不是對稱的界面,當光從空氣進入三稜鏡一個界面,再從另一個界面出去時候,對於射出界面的法線(垂直於介質表面的虛擬線)而言,光線的入射方向換了個位置。雖然光入射三稜鏡的時候折射角小於入射角,出去的時候折射角也是大於入射角,但是由於入射方向變了,就等於光兩次折射不是抵消,而是疊加的。這樣從三稜鏡出去的光折射效果就很明顯了,而通過玻璃磚是兩次折射抵消。如果用坐標表示,上述光的入射過程如下:如果以法線為y軸,介質界面為x軸,光入射三稜鏡的時候,光從第四象限進入,第二象限出去;但是出去的時候,變成光從第二象限發出,從第一象限出來,詳見下圖。

光通過三稜鏡光路

光的折射率與光的頻率是有關係的,它們的關係又是怎樣的呢?法國科學家柯西就曾經列出了一個公式表示它們的關係:

n(f)=a+bf^2+cf^4(其中n(f)為折射率,f為頻率,a、b、c為柯西色散係數)

這是一個很複雜的求算過程,因此一般人只要知道折射率與頻率相關就可以,並且頻率越高,折射率越大。

彩虹

光為什麼有各種顏色,這是因為光是由不同波長的電磁波組成的(光是一種電磁波),而我們眼睛之所以看到顏色,這是因為我們眼睛中有一種叫做視黃醛的東西,它能反應給我們大腦產生視覺顏色。視黃醛對部分的光有反應,而且會因為光波長不同而反應不同,從而將它的不同反應結果通過神經傳遞給大腦,我們大腦也就有了各種不同的顏色視覺。因此,並不是光具有顏色,而是光射入眼睛後,眼睛的結構讓我們大腦出現了顏色。從某個意義上說,顏色只是人大腦的幻覺。

平行彩虹

在科學未揭開這個世界的真實面貌前,我們肉眼看到的或許只是這個世界的假象。因此在探索自然的路上,耳聽未必為實,眼見未必為真,只有通過科學的方法、細緻的觀察、嚴格的邏輯才能逐漸找到它們本來的面目。

相關焦點

  • 世界上並不存在顏色?一切顏色只是意淫?西瓜視頻帶你看看
    ,而是人的一種幻覺,不過是光與眼的一些相互作用!,而顏色的產生則是物體把照射光線反射出去形成的。光線要經過好幾步的轉換才能送到大腦那裡,我們才知道這個東西是什麼顏色。紅色色弱者,紅色是其缺失的視覺細胞,所以他辨別不了紅色以及紅色的衍生物;也有人有四種不同的視覺細胞,他們眼中的世界色彩更加的絢麗燦爛。所以說世界上根本不存在顏色,我們看到的色彩是光與視覺細胞和視神經系統共同作用的結果。
  • 世界上存在什麼顏色?每個人眼睛裡的顏色是不是都不一樣?
    我們每天都在分辨各種顏色,他給生活帶來了不同的體驗,但是這些顏色真像我們看到的那樣嗎?顏色到底是怎麼形成的?事實上,顏色根本就不存在。從某種程度上說,它可以理解成人的一種幻覺,顏色是在光與視神經系統和視覺系統作用下形成的,也就是說,色彩的呈現完全取決於光和視神經系統。
  • 你眼中的世界是什麼顏色?你知道世界是什麼顏色的嗎?
    其實我們看到的世界並不是世界的真實色彩,而是光的物理反射產生的成像效果,這種視覺感知稱為顏色。顏色實際上是由七種顏色的光組成的自然光,通過物質的吸收和反射進入我們的視覺細胞,然後由大腦經過相應的處理後產生,並將這種感覺的彩色圖像稱為顏色。簡而言之,光產生了顏色。目前,自然光的可見波長範圍在400納米至760納米之間,超過或低於該範圍的話,正常人是無法用肉眼看到的,因此物體在不同波段反射的光線將顯示相應的顏色。
  • 世界只是有三種顏色組成?其實我們都被眼睛「忽悠」
    那個被蘋果盯著看的人認為,光有無數種顏色,其中包括七種主要顏色:紅色、橙色、黃色、綠色、藍色、靛藍和紫色但另一位偉人歌德證實,這種顏色現象是由光眼和人類心理的相互作用引起的。(小編認為偉大的畫家梵谷才是真正懂得色彩本質的人,他的代表作《星空》是對色彩最深刻的理解。)但是經過這麼多年的科學研究。
  • 顏色只是人類的「發明」?如果人類不存在,那宇宙還有顏色嗎?
    白色光是一種複合光,裡面包含著不同顏色的光,這些顏色的存在就使得我們日常生活中看到了絢麗多彩的世界。我們知道光是一種電磁波,它有不同的頻率或者波長,不同的波長就代表了不同的顏色。在現實世界中,我們的眼睛只能看到一小部分的波長範圍,這個範圍就是可見光譜。上圖可以看到,可見光譜只佔到了整個電磁波頻譜的一小部分,波長範圍在380nm到750nm之間。
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    你有沒有想過一個這樣的問題:我們現實生活中所看到的顏色真的是它本身的顏色嗎?或者換一個問題:這個世界真的有顏色這種東西存在嗎?首先,我們要先了解我們是如何分辨出顏色的不同光是具有波動性的,物體的顏色取決於該物體反射出的光波的頻率。那高頻率的光波看起來是紅色的,低頻率的光波看起來是紫色。
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    然而,英國科學家牛頓早在300多年前就意識到,光是無色的,但用稜鏡能把陽光分離出七彩光波。人們之所以能看到色彩斑斕的世界,則要歸功於大腦裡的「調色板」。我國科學家近期的一項研究成果,能幫助人們了解大腦具有的「藝術家」氣質。
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    在自然界中,光的本質就是電磁波,人類能看見的可見光只是電磁波中極小的一部分波段,現實中顏色本不存在,它只是人類思維活動的產物,只存在於意識當中,所以說人類未被發現的顏色是不正確的說法。
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    大家可以做一個色彩辨識度測試(戳連結)看看自己的眼睛色差辨識度到底是什麼水平。在小編的多次努力下,終於獲得了:人眼究竟是怎麼識別顏色的呢?其實這與人類眼球視網膜(Retina)上的視錐細胞(Photoreceptor cell)有關。視錐細胞是視細胞的一種,因樹突為錐形而得名(如下圖所示)。
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