明明能看到,為什麼科學家卻睜眼說「粉紅色」根本不存在?

2020-10-03 趣談科學

森林學校上課,大灰狼老師在黑板上畫了只粉紅色的holle kity,小狗回答黃色的貓,壁虎回答藍紫色的貓,皮皮蝦說五彩斑斕的貓,大家的意見無法統一,找來了人類評理,人類說是粉色的貓,狼老師疑惑的說:粉色是什麼?我明明畫的是黃色的。到底怎麼回事?

接收機制不同

人類找來了科學家回答:都沒錯,你們看到的是相同的東西,接受的信息相同,但是身體中的接收器對信息的反饋不同,因此感受到的顏色不同。下面就來聊聊這個事。

有沒有想過萬物為什麼五顏六色,為什麼不是單調的黑白色呢?黑白電視機同樣能看清楚東西。

實際上,世界上本沒有顏色,感受到顏色是生物對能量信息的一種反饋。

人眼接收到的是物質發出(反射)的光。如果沒有恆星,宇宙將漆黑一片,地球伸手不見五指,又何來彩色世界呢?

燈光裹上不同物質,光被物質攔截不再是白色。就像燈籠,它只讓紅光通過。那麼是什麼決定哪些顏色會被釋放,哪些顏色會被攔截呢?

顏色是能量

光是一種電磁波,麥克斯韋電磁理論描繪了電流(變化的電場)就會產生磁場,反之磁也能生電,產生周而復始,交替前進的電磁波。

光波,就像水波一樣,向遠處傳去,如果你深入到微觀層面光又會呈現為一粒粒不連續的粒子流,叫做光子,在量子力學稱為波粒二象性

既然是波,就會有波長與頻率。在光子的角度,不同波長的光,表現為不同能量的光子。光子可以理解為一粒一粒的,波長越短,頻率越高,單個光子的能量越強。

人類能看見的光只佔一小部分,宇宙射線能量超級高,X射線可以透視「拍片」,還有無線電、微波、紅外線、紫外線等等,這些人類都看不見,但都屬於電磁波。

人眼可見的光,叫可見光,但這是「因人而異」的。動物的可見光跟人類不一樣,比如蜂鳥與蜜蜂能看到紫外線,蛇能看紅外線,因此遇到蛇一動不動裝石頭是沒用的,在蛇看來你的顏色比周圍石頭深,因為你不斷向外放熱(紅外線)。

萬物之所以有不同的顏色,源於組成它們的原子、分子不同。不同原子,核外電子分布不一樣,這決定了物質能吸收什麼光子,不要什麼光子。如果不深入量子力學,這個不難理解。

如果一堆能量不同的光子跑過來,電子想吸收光子,但是它挑食。它需要保證吃了這個光子,自己剛好能升到能級更高的軌道中。

換句話說光子的能量必須是兩級不同能級的軌道之間的能量差,這個能量差可以是1級軌道和2級軌道,也可以是1和3,或者2、3,因此一個原子可以同時吸收好幾種不同能量的光子。

由此光照射在原子上,原子就會讓它挑剩的光子通過,這是原子的光學特性,不同原子有不同的光學特性。這種特性在人類看來就是顏色,因此顏色的本質是不同能量的光子,或者不同波長(頻率)的電磁波。

陽光

陽光看起來是白的,實際上它是大量可見光與部分紫外線、紅外線的混合而成,通過三稜鏡片(不同頻率的光通過相同介質折射角度不同)可會變成多色光,或者說多種能量不同的光子流。

陽光照射到物體,由於構成物體的原子、分子不同,物體吸收的光子不同,比如植物可以吸收大部分可見光,進行光合作用,但對於綠光不感興趣,因此大多數植物我們看起來就是綠色的。

如果你繼續深思,你會發現,光的能量不同為什麼要用顏色來表達呢?

生物對光信息的轉化,大概率是在漫長的演化中形成的。光子的能量大小難以辨別,不同能量就代表著不同的信息,一些生物通過把光轉化為顏色,從而更容易得到自己想要的食物或能量,辨別外在威脅的信息,這種生存優勢就在生命演化之中就被保留了下來,因此我們看的是顏色世界,而不是能量世界。而人類把能量轉化為顏色機制基於感光細胞。

接收機制

不同動物的感光細胞是不同的,植物反射出的光子雖然在人看來是綠色的,但在狗狗看來卻是白色的。

人類有三種感受顏色的視錐細胞,分別對紅綠藍波段的光較為敏感,這就像畫家的調色盤一樣,我們可以通過對這三種可以接收到的基礎顏色進行混合,再加上調節灰度的視杆細胞,組合出大量顏色呈現給大腦。

畫家手中的顏料越多,可以調出顏色越多,狗狗感受顏色的視錐細胞只有兩種,可以接收藍光與黃光,因此它們感受不到紅色,因為藍色與黃色加上灰度無論怎麼調都調節不出紅色,更別提粉紅色。

宇宙中並不存在粉紅色波段,是感光細胞對紅綠藍進行混合以此欺騙了你的眼睛,因此小動物們都沒錯,因為大家的感光細胞的數量以及能量的靈敏度不同,例如皮皮蝦有13種視錐細胞,它的世界更加五彩斑斕。

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