Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
«Цветовой спектр» перенаправляется сюда. Для альбома «Дорогой охотник» см. «Цветовой спектр» .
Белый свет является диспергируют с помощью призмы в цвета видимого спектра.
Лазерные лучи видимого спектра

Видимый спектр представляет собой часть электромагнитного спектра , который является видимым для человеческого глаза . Электромагнитное излучение в этом диапазоне длин волн называется видимым светом или просто светом . Типичный человеческий глаз реагирует на волны длиной от 380 до 750 нанометров . [1] С точки зрения частоты это соответствует полосе частот в районе 400–790  ТГц . Эти границы четко не определены и могут варьироваться в зависимости от человека. [2]

Спектр не содержит всех цветов, которые может различить зрительная система человека . Ненасыщенные цвета, такие как розовый , или пурпурные вариации, такие как , например, пурпурный , отсутствуют, потому что они могут быть получены только из смеси нескольких длин волн. Цвета, содержащие только одну длину волны, также называются чистыми цветами или спектральными цветами.

Видимые длины волн проходят через атмосферу Земли в основном без ослабления через область « оптического окна » электромагнитного спектра. Пример этого явления - когда чистый воздух рассеивает синий свет больше, чем красный, и поэтому полуденное небо кажется голубым (за исключением области вокруг солнца, которая кажется белой, потому что свет рассеивается не так сильно). Оптическое окно также называют «видимым окном», потому что оно перекрывает видимый спектр реакции человека. Окно ближнего инфракрасного диапазона (NIR) находится вне поля зрения человека, так же как окно среднего инфракрасного диапазона (MWIR) и окно длинных волн или дальнего инфракрасного диапазона (LWIR или FIR), хотя другие животные могут их видеть.

История [ править ]

Цветовой круг Ньютона из Opticks 1704 года показывает цвета, которые он ассоциировал с музыкальными нотами . Спектральные цвета от красного до фиолетового разделены нотами музыкальной гаммы, начиная с D. Круг завершает полную октаву от D до D. В круге Ньютона красный на одном конце спектра, рядом с фиолетовым, в точке. другой. Это отражает тот факт, что при смешивании красного и фиолетового света наблюдаются неспектральные пурпурные цвета.

В 13 веке Роджер Бэкон предположил, что радуга образовывалась с помощью процесса, аналогичного прохождению света через стекло или кристалл. [3]

В 17 веке Исаак Ньютон обнаружил, что призмы могут разбирать и собирать белый свет, и описал это явление в своей книге « Оптика» . Он был первым, кто использовал слово « спектр» ( лат. «Видимость» или «привидение») в этом смысле в печати в 1671 году при описании своих экспериментов в оптике . Ньютон заметил, что, когда узкий луч солнечного света попадает на грань стеклянной призмы под углом, некоторые отражаются.часть луча проходит в стекло и сквозь него, проявляясь в виде полос разного цвета. Ньютон предположил, что свет состоит из «корпускул» (частиц) разного цвета, причем свет разных цветов движется с разной скоростью в прозрачной материи, причем красный свет движется быстрее, чем фиолетовый в стекле. В результате красный свет изгибается ( преломляется ) менее резко, чем фиолетовый, когда он проходит через призму, создавая спектр цветов.

Наблюдение Ньютоном призматических цветов ( Дэвид Брюстер 1855)

Первоначально Ньютон разделил спектр на шесть названных цветов: красный , оранжевый , желтый , зеленый , синий и фиолетовый . Позже он добавил индиго в качестве седьмого цвета, так как считал, что семь - идеальное число, полученное от древнегреческих софистов , поскольку существует связь между цветами, музыкальными нотами, известными объектами в Солнечной системе и днями неделя. [4]Человеческий глаз относительно нечувствителен к частотам индиго, и некоторые люди с хорошим зрением не могут отличить индиго от синего и фиолетового. По этой причине некоторые более поздние комментаторы, в том числе Исаак Азимов , [5] предположили, что индиго не следует рассматривать как самостоятельный цвет, а просто как оттенок синего или фиолетового. Факты свидетельствуют о том, что то, что Ньютон имел в виду под «индиго» и «синим», не соответствует современным значениям этих цветных слов. Сравнивая наблюдения Ньютона призматических цветов к цветному изображению видимого показывает спектр света , который «индиго» соответствует тому , что сегодня называется синим, в то время как его «голубым» соответствует голубому цвету . [6] [7] [8]

В 18 веке Иоганн Вольфганг фон Гете писал об оптических спектрах в своей Теории цвета . Гете использовал слово « спектр» ( Spektrum ) для обозначения призрачного оптического остаточного изображения , как и Шопенгауэр в « О зрении и цветах» . Гете утверждал, что непрерывный спектр - сложное явление. Там, где Ньютон сузил луч света, чтобы изолировать явление, Гете заметил, что более широкая апертура дает не спектр, а красновато-желтые и сине-голубые края с белыми между ними. Спектр появляется только тогда, когда эти края достаточно близки для перекрытия.

В начале 19 века концепция видимого спектра стала более определенной, поскольку свет за пределами видимого диапазона был открыт и охарактеризован Уильямом Гершелем ( инфракрасный ) и Иоганном Вильгельмом Риттером ( ультрафиолетовый ), Томасом Янгом , Томасом Иоганном Зеебеком и другими. [9] Янг был первым, кто измерил длины волн света разных цветов в 1802 году. [10]

Связь между видимым спектром и цветовым зрением была исследована Томасом Янгом и Германом фон Гельмгольцем в начале 19 века. Их теория цветового зрения правильно предполагала, что глаз использует три различных рецептора для восприятия цвета.

Восприятие цвета у разных видов [ править ]

Смотрите также: Цветовое зрение § Физиология цветового восприятия

Многие виды могут видеть свет в частотах за пределами "видимого спектра" человека. Пчелы и многие другие насекомые могут обнаруживать ультрафиолетовый свет, который помогает им находить нектар в цветах. Виды растений, которые зависят от опыления насекомыми, могут быть обязаны своим репродуктивным успехом своему внешнему виду в ультрафиолетовом свете, а не тому, насколько красочными они кажутся людям. Птицы тоже могут видеть в ультрафиолете (300–400 нм), а у некоторых на оперении есть отметины, зависящие от пола, которые видны только в ультрафиолетовом диапазоне. [11] [12] Многие животные, которые могут видеть в ультрафиолетовом диапазоне, не могут видеть красный свет или любые другие красноватые волны. Видимый спектр пчел заканчивается около 590 нм, как раз перед началом оранжевых волн. [13]Птицы могут видеть некоторые красные волны, но не так далеко в световом спектре, как люди. [14] Распространенное мнение, что обычная золотая рыбка - единственное животное, которое может видеть как инфракрасный, так и ультрафиолетовый свет [15] , неверно, потому что золотая рыбка не может видеть инфракрасный свет. [16]

Большинство млекопитающих двуцветны , а собаки и лошади часто считаются дальтониками. Было показано, что они чувствительны к цвету, хотя и не так много, как люди. [17] Некоторые змеи могут «видеть» [18] лучистое тепло на длинах волн от 5 до 30  мкм с такой степенью точности, что слепая гремучая змея может нацеливаться на уязвимые части тела жертвы, в которую она поражает, [19] и других змей. с помощью органа может обнаруживать теплые тела с расстояния в метр. [20] Он также может использоваться для терморегуляции и обнаружения хищников . [21] [22] (См.Инфракрасное зондирование у змей )

Спектральные цвета [ править ]

Основная статья: Спектральный цвет
ЦветДлина волныЧастотаЭнергия фотона
фиолетовый380–450 нм670–790 ТГц2,75–3,26  эВ
Синий450–485 нм620–670 ТГц2,56–2,75 эВ
Голубой485–500 нм600–620 ТГц2,48–2,56 эВ
Зеленый500–565 нм530–600 ТГц2,19–2,48 эВ
Желтый565–590 нм510–530 ТГц2,10–2,19 эВ
апельсин590–625 нм480–510 ТГц1,98–2,10 эВ
красный625–700 нм400–480 ТГц1,65–1,98 эВ

Цвета, которые могут быть получены с помощью видимого света с узким диапазоном длин волн (монохроматический свет), называются чистыми спектральными цветами . Различные цветовые диапазоны, указанные на иллюстрации, являются приблизительными: спектр непрерывный, без четких границ между одним цветом и другим. [23]

Спектр отображения цветов [ править ]

Приближение спектральных цветов на дисплее приводит к некоторому искажению цветности
Визуализация видимого спектра на сером фоне дает неспектральные смеси чистого спектра с серым, которые вписываются в цветовое пространство sRGB .

Цветные дисплеи (например, компьютерные мониторы и телевизоры ) не могут воспроизводить все цвета, различимые человеческим глазом . Цвета за пределами цветовой гаммы устройства, например большинство спектральных цветов , можно только приблизительно определить . Для точного воспроизведения цветов спектр можно спроецировать на однородное серое поле. Все полученные смешанные цвета могут иметь неотрицательные координаты R, G, B и поэтому могут воспроизводиться без искажений. Это точно имитирует просмотр спектра на сером фоне. [24]

Спектроскопия [ править ]

Атмосфера Земли частично или полностью блокирует некоторые длины волн электромагнитного излучения, но в видимом свете она в основном прозрачна.

Спектроскопия - это исследование объектов на основе цветового спектра, который они излучают, поглощают или отражают. Спектроскопия - важный исследовательский инструмент в астрономии , где ученые используют ее для анализа свойств далеких объектов. Обычно в астрономической спектроскопии используются дифракционные решетки с высокой дисперсией для наблюдения спектров с очень высоким спектральным разрешением. Гелий был впервые обнаружен путем анализа спектра Солнца . Химические элементы можно обнаружить в астрономических объектах по эмиссионным линиям и линиям поглощения .

Сдвиг спектральных линий можно использовать для измерения доплеровского сдвига ( красного или синего сдвига ) удаленных объектов.

См. Также [ править ]

  • Видимый свет с высокой энергией
  • Электромагнитное поглощение водой # Видимая область , почему вода синего цвета

Ссылки [ править ]

  1. ^ Старр, Сеси (2005). Биология: концепции и приложения . Томсон Брукс / Коул. п. 94 . ISBN 978-0-534-46226-0.
  2. ^ "Видимый спектр" . Британника.
  3. ^ Коффи, Питер (1912). Наука логики: исследование принципов точного мышления . Лонгманс. п. 185 . призма Роджера с беконом.
  4. ^ Isacoff, Стюарт (16 января 2009). Темперамент: как музыка стала полем битвы великих умов западной цивилизации . Knopf Doubleday Publishing Group. С. 12–13. ISBN 978-0-307-56051-3. Проверено 18 марта 2014 года .
  5. ↑ Азимов, Исаак (1975). Взгляд на Вселенную: история телескопа . Бостон: Хоутон Миффлин. п. 59 . ISBN 978-0-395-20716-1.
  6. ^ Эванс, Ральф М. (1974). Восприятие цвета (нулевое изд.). Нью-Йорк: Wiley-Interscience. ISBN 978-0-471-24785-2.
  7. Перейти ↑ McLaren, K. (март 2007 г.). «Индиго Ньютона». Исследование и применение цвета . 10 (4): 225–229. DOI : 10.1002 / col.5080100411 .
  8. ^ Вальдман, Гэри (2002). Введение в свет: физика света, зрения и цвета (Dover ed.). Минеола: Dover Publications. п. 193. ISBN. 978-0-486-42118-6.
  9. ↑ Мэри Джо Най (редактор) (2003). Кембриджская история науки: современные физико-математические науки . 5 . Издательство Кембриджского университета. п. 278. ISBN 978-0-521-57199-9.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
  10. Перейти ↑ John CD Brand (1995). Линии света: источники дисперсионной спектроскопии, 1800–1930 гг . CRC Press. С. 30–32. ISBN 978-2-88449-163-1.
  11. ^ Cuthill, Иннес C (1997). «Ультрафиолетовое зрение у птиц». В Питере Дж. Б. Слейтер (ред.). Достижения в изучении поведения . 29 . Оксфорд, Англия: Academic Press. п. 161. ISBN. 978-0-12-004529-7.
  12. ^ Джеймисон, Барри GM (2007). Репродуктивная биология и филогения птиц . Шарлоттсвилль, Вирджиния: Университет Вирджинии. п. 128. ISBN 978-1-57808-386-2.
  13. ^ Скорупски, Питер; Читтка, Ларс (10 августа 2010 г.). «Спектральная чувствительность фоторецепторов у шмелей, Bombus impatiens (Hymenoptera: Apidae)» . PLOS ONE . 5 (8): e12049. Bibcode : 2010PLoSO ... 512049S . DOI : 10.1371 / journal.pone.0012049 . PMC 2919406 . PMID 20711523 .  
  14. ^ Варела, FJ; Palacios, AG; Goldsmith TM (1993) «Цветное видение птиц» , стр. 77–94 в Vision, Brain, and Behavior in Birds , eds. Зейглер, Харрис Филип и Бишоф, Ханс-Иоахим. MIT Press. ISBN 9780262240369 
  15. ^ «Верно или неверно?» Обычная золотая рыбка - единственное животное, которое может видеть и инфракрасный, и ультрафиолетовый свет. " " . Скептичный . 2013. Архивировано из оригинала 24 декабря 2013 года . Проверено 28 сентября 2013 года .
  16. ^ Neumeyer, Криста (2012). «Глава 2: Цветовое зрение у золотых рыбок и других позвоночных». В Лазаревой Ольге; Симидзу, Тору; Вассерман, Эдвард (ред.). Как животные видят мир: сравнительное поведение, биология и эволюция зрения . Оксфордская стипендия онлайн. ISBN 978-0-19-533465-4.
  17. ^ Каспарсон, А. А; Бадридзе, Дж; Максимов, В. В (2013). «Цветовые сигналы оказались для собак более информативными, чем яркость» . Труды Королевского общества B: биологические науки . 280 (1766): 20131356. DOI : 10.1098 / rspb.2013.1356 . PMC 3730601 . PMID 23864600 .  
  18. ^ Ньюман, EA; Хартлайн, PH (1981). «Интеграция визуальной и инфракрасной информации в бимодальных нейронах в тектуме зрительного нерва гремучей змеи» . Наука . 213 (4509): 789–91. Bibcode : 1981Sci ... 213..789N . DOI : 10.1126 / science.7256281 . PMC 2693128 . PMID 7256281 .  
  19. ^ Кардонг, KV; Макесси, SP (1991). «Ударное поведение слепой от рождения гремучей змеи». Журнал герпетологии . 25 (2): 208–211. DOI : 10.2307 / 1564650 . JSTOR 1564650 . 
  20. ↑ Фанг, Джанет (14 марта 2010 г.). «Обнаружение змей в инфракрасном свете раскрыто». Новости природы . DOI : 10.1038 / news.2010.122 .
  21. ^ Крохмаль, Аарон Р .; Джордж С. Баккен; Трэвис Дж. ЛаДюк (15 ноября 2004 г.). «Тепло в эволюционной кухне: эволюционные взгляды на функции и происхождение лицевых ямок змеевиков (Viperidae: Crotalinae)» . Журнал экспериментальной биологии . 207 (Pt 24): 4231–4238. DOI : 10,1242 / jeb.01278 . PMID 15531644 . 
  22. ^ Грин HW. (1992). «Экологический и поведенческий контекст эволюции пит-змеев», Кэмпбелл Дж. А., Броди Э. Д. Младший. Биология пит-змеев . Техас: Сельва. ISBN 0-9630537-0-1 . 
  23. ^ Бруно, Томас Дж и Svoronos, Париж DN (2005). CRC Справочник фундаментальных спектроскопических корреляционных диаграмм. CRC Press. ISBN 9781420037685 
  24. ^ "Воспроизведение видимых спектров" . Ремонт FAQ.org . Проверено 9 февраля 2011 .