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牛顿色彩理论

2020-01-22 19:17:44 作者 : admin 来源 : 本站
我们都曾惊叹于彩虹的美丽,而牛顿则对彩虹的形成原理作Hl了解释。他发现,白光在通过玻璃三棱镜之后就会分离出彩虹般的色调,说明白光是由七色光混合而成的,而不是由三棱镜所产生。牛顿的颜色理论在’’时备受争议,却对以后的艺术家和科学家产生了深远的影响。

白光透过三棱镜后会呈现彩虹的七种色彩。其实,天空中彩虹的形成与白光透过三棱镜形成各色光是一个道理。阳光经过水滴的折射,就呈现出入们所熟悉的色彩光谱:红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。

混合色 17世纪60年代,牛顿在房间里完成了光和三棱镜的实验。实验表明将各种颜色的光混合之后,就能得到白光。各色光本来就是白光的基本元素,它们既不是由其他光混合而成,也不是之前人们认为的由三棱镜所产生。牛顿将红光和蓝光分离出来,并将其再次通过三棱镜时,发现这些单色光不能再被分开。

如今,色彩理论已经为人所熟知,可在牛顿那个年代人们对他的理论还是心存疑虑。牛顿的同行曾对该理论表示强烈的反对,认为色彩是由白光和黑暗(阴影)组合而成的。与牛顿争论最激烈的就是与他齐名的同时代物理学家胡克,他们公开地就色彩理论争论了一生。胡克认为牛顿发现单色光是因为使用了三棱镜的关系,就像透过有色玻璃看物体也会带上颜色一样。他通过实际生活中的许多异常单色光现象支持自己的观点,并且批评说牛顿的实验并不充分。

牛顿同样发现,在光亮的屋内,物体看起来有颜色,是因为它们散射或反射了该种颜色的光,并非物体本身带有颜色。红色的沙发主要反射红光,绿色的桌子主要反射绿光,绿松石反射蓝光和少量的黄光,其他颜色也都是由各基色混合而来的。

光波 牛顿认为对颜色的了解是光学的研究方法之一。通过进一步的实验,他推断光和水波在许多行为上是类似的。海水能绕过港口的墙基,而光可以绕过障碍物。如将不同的光束互相叠加,亮度可能加强,也可能减弱,这一点与水波的叠加是类似的。牛顿认为,如果水波是看不见的水分子运动的宏观表现,那么光波就是比原子更小的光子<或光粒子)振动的宏观表现。牛顿并不知道,几个世纪之后,人们发现光波实际上是由电磁波(电场和磁场耦合得到的波)的振动,而不是固体颗粒的振动引起的。自从人们发现光的电磁学性质,牛顿的粒子说就被抛弃。直到爱因斯坦发现光也具有粒子性(有能量,没有质量)后,粒子说才再次引起人们的注意。

波的运动有多种表现形式,最基本的类型有两种:纵波和横波。如果产生波的脉冲与波的传播方向相同,就会形成一系列高压和低压波峰,此时的波称为纵波,亦称压缩波。例如,鼓皮在空气中振动时产生的声波就是纵波。千足虫向前爬行时,身体一伸一张所形成的“环节”也是纵波。而光波和水波就属于横波,其扰动的初始方向与波的传播方向相互垂直。如果上下扳动软弹簧,沿着弹簧方向就会产生一个横波,而手的运动方向是与波的传播方向相互垂直的。蛇在地面上蜿蜒爬行时产生的波也是横波,它通过身体的左右移动前进。水波是横波,因为水分子只是上下跳动,而水波是在水平面上传播开去的。与水波不同的是,光波的横向运动是由于电场和磁场强度的变化而引起的,二者与光波的传播方向是垂直的。

光谱 光的颜色不同反映出电磁波波长的不同。波长是相邻两个波峰之间的距离。白光通过三棱镜时,之所以会分成不同颜色的单色光,就是因为各色光的波长不同,因而被玻璃棱镜折射的程度也不同。光波通过棱镜后的折射角取决于光波的波长。红光的折射角最小;蓝光的折射角最大,不同波长的光就会形成彩虹般的色彩序列。可见光谱是按波长排序的:从波长最长的红光到绿光,再从绿光到波长最短的蓝光。

彩虹的两端分别是什么颜色的光呢?可见光仅占电磁波谱的一部分。经过长久的进化的适应,人眼已经变得对可见光区段非常敏感,这点非常重要。可见光的波长与原子、分子的大小基本处于近似的数量级(千万分之一米),因此可见光与材料中的原子存在较强的相互作用。人类的眼睛在进化得适应了可见光之后,对原子结构的判断就变得更加敏感。牛顿对人眼的视物机制极为着迷,他甚至将一根长针插入自己的眼睛与眉骨之间,来观察所施加压力的大小对颜色感知的影响。

红光之外就是红外光了,波长在几百万分之一米的量级。太阳的热量就是通过红外光传递到地球上来的。夜视镜也是通过采集红外光的辐射来“看到”物体的。波长更长的就是微波了,微波的波长通常从几毫米到几厘米,而无线电波的波长则可以达到几米或更长。微波炉利用微波电磁射线加快食物中水分子的旋转速度,就能将食物加热。在光谱的另一端,位于紫光之外的是紫外光。来自太阳的紫外光辐射会对人的皮肤造成损害。不过不用担心,大部分紫外光在到达地面之前都被地球上覆盖的臭氧层吸收掉了。波长更短的是X射线。它可以穿透人体,因此在医院经常会用到。波长最短的是伽马射线。

理论的发展 在牛顿从物理上财光作出解释后,哲学家和美术家对人类感知色彩的能力仍怀有浓厚的兴趣。19世纪德国博物学家歌德(JohannWolfgangvonGoethe)研究了人眼和人脑对并排放置的各种颜色的识别机制。他在牛顿的色相环上增加了洋红色。他还发现,阴影的颜色与物体本身的颜色往往是互补的,比如红色物体的阴影往往是蓝色的。歌德的新色相环至今仍对美术家和设计师具有重要的参考价值。

关键词 : 牛顿

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