Світло і колір

У 1666 році двадцятитрирічного Ісаака Ньютона зацікавила поведінка сонячних променів, що проходять через призму - скляне тіло, яке має у перерізі трикутник. Його дослідження показали, що колір виникає в результаті взаємодії білого світла з матерією. Призма заломлює кожен промінь світла, тобто після проходження через призму напрям променя змінювався. Але призма не тільки заломлювала сонячне світло, а й перетворювала його на багатобарвний розбіжний промінь, складений з тих же кольорів і в тому ж порядку, що і веселка. Спектр, побачений Ньютоном, включав сім основних кольорів - червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій і фіолетовий - разом з тим чіткої межі між ними не було (рис. 1.1). Сонячний колір розкладається призмою на спектральні промені від червоного до фіолетового. Невидимі інфрачервона та ультрафіолетова області знаходяться далі за межами спектру, який здатний розрізняти людське око.
Поділ білого кольору на складові компоненти

Рис. 1.1. Поділ білого кольору на складові компоненти

Ньютон прийшов до висновку, що біле сонячне світло являє собою поєднання різних видів світла, кожен з яких пофарбований в один чистий колір, і що призма заломлює ці кольори в різній степені: червоний - в найменшій, фіолетовий - найбільшій, решта - в порядку розташування . Він виявив, що якщо змішати кольори спектру, наприклад, зібравши його світло лінзою, то забарвлення виходить білим. Виключаючи деякі кольори перед тим, як поєднати інші, він отримував пофарбоване світло. Причому забарвлення це не мало схожості ні з одним з кольорів спектру. Відкриття, зроблене Ньютоном, полягає в наступному: фарбування будь-якого об'єкта залежить від того, яке світло йде від нього до ока спостерігача. Це в свою чергу залежить як від характеру світла, падаючого на об'єкт, так і від поверхні об'єкта, що відбиває, що поглинає і пропускає окремі промені спектру. Якщо у світлі, що падає на поверхню, відсутні деякі кольори, не буде їх і в світлі, відбитому від цієї поверхні. Проте «істинний» колір відбиваючої поверхні, її забарвлення при звичайному білому освітленні можна точно визначити, представивши у формі числової таблиці або графіка співвідношення променів спектра, які вона відображає. Біле світло синтезується, коли збірна лінза об'єднує промені спектру (мал. 1.2, а). Але якщо перегородити шлях частині спектру, суміш забарвиться в додатковий колір. Коли шлях перекривається зеленому променю (рис. 1.2, б), отримуємо світло пурпурного кольору, який є додатковим до зеленого.
Змішування кольорівa
Змішування кольорівб

Рис. 1.2. Змішування кольорів

Якщо співвідношення спектральних променів, що відображаються схоже із співвідношенням, властивим сонячному світлу (переважання синьо-зелених променів і зменшення вмісту інших кольорів по краях спектру), то поверхня приймає біле забарвлення. Якщо ж у співвідношенні спектральних променів є зрушення у бік, наприклад, червоної частини спектру, то поверхня має червонуватий відтінок, а якщо всвітлі, що відбивається домінують блакитні тона, то і поверхня має блакитний відтінок. Співвідношення кольорів у спектрі, що викликає появу того чи іншого забарвлення об'єкта - явище складне. Але в загальних словах можна стверджувати, що, якщо поверхня при білому освітленні пофарбована в певний насичений колір, значить, одні спектральні промені падаючого на неї світла вона відображає, а інші - активно поглинає. Якщо поверхня має чорне забарвлення, значить, вона поглинає всі кольори спектру. Деякі речовини не тільки поглинають частину одержуваної ними світлової енергії, але і випромінюють її у вигляді світла іншого забарвлення, і такі речовини називаються люмінесцентними. Наприклад, дорогоцінні мінерали рубін і шпінель поглинають блакитні тони колірного спектру, а випромінюють червоні. Ультрафіолетове світло - невидимий компонент світла, що перебуває за межами фіолетової частини спектру, - збуджує в багатьох речовинах випромінювання видимого світла. Якщо випромінювання припиняється відразу після припинення збудження, таке явище називається флуоресценцією. Якщо світіння триває, це називається фосфоресценцією. Незвичайна яскравість яку надають деякі пральні порошки одягу, пояснюється тим, що флуоресцентна речовина затримується в тканинах і збурюється ультрафіолетовими променями сонячного світла. Випромінюваного додатково світла достатньо, щоб одяг здавався яскравішим. Флуоресцентні плакатні фарби також піддаються впливу ультрафіолетових сонячних променів. Світло, що поглинається речовиною, перетвориться в теплову енергію. У 1800 році англійський астроном Вільям Гершель відкрив невидимий компонент сонячного світла в результаті нагрівання на сонці кульки термометра. Компонент цей перебував за межами червоної частини спектру, тому вчений назвав його «інфрачервоним» світлом (інфрачервоне - нижче червоного). І нарешті, існують промені спектру, які ми бачимо після їх проходження через прозору речовину. Може здатися дивним, що, скажімо, частина кольорових діапозитивів має однакове забарвлення при відбитому світлі і при світлі, яке він пропускає. Чому він не відображає і не поглинає одні колірні поєднання і не збурює інші? Справа в тому, що ми розглядаємо фотодіапозитив (з будь-якої точки) при світлі, який він і відбив, і пропустив. Світло, що проходить через плівковий барвник, відбивається від незліченних пігментних часток, розподілених в прозорому середовищі. Світло може йти від плівки в будь-якому напрямку, і тому плівка має однакове забарвлення при будь-якому куті зору (рис. 1.3). На цій вечірній фотографії будинку на річковому березі світло дробиться спеціальним світлофільтром з вигравійованими на ньому паралельними лініями. Кожна світлова точка об'єкта утворює вертикальну нитку зображень. Кожне зображення, за винятком основного центрального, розкладається на спектральні промені в результаті процесу, званого дифракцією. Так само дробиться світло, якщо подивитися на вуличний ліхтар крізь напівпрозору тканину парасольки.
Дифракція світла

Рис. 1.3. Дифракція світла

Інша справа - дуже тонкі плівки, як, наприклад, віддзеркалююче покриття, що наноситься на зовнішні поверхні лінз об'єктивів.Таке покриття зменшує віддзеркалення тільки у вузькій частині спектрального променя, який визначається товщиною покриття. Обрана колірна хвиля розташовується в центральній частині спектру, і світло, відбите від покриття, бідне жовтими або зеленими тонами, а якщо виключити жовті або зелені промені, світло стає пурпурним (рис. 1.4). Ціла гама фарб народжується в мильній бульбашці. Світло, відбите від внутрішньої поверхні бульбашки, змішується зі світлом, відбитим від його зовнішньої поверхні. Деякі кольори посилені, інші послаблені в залежності від товщини поверхні і кута зору. Приблизно те ж відбувається, коли дві скляні поверхні нещільно прилягають одна до одної, внаслідок чого з'являються кольорові кола.
Кольори на поверхні мильної бульбашки

Рис. 1.4. Кольори на поверхні мильної бульбашки

Шматок отуніта, мінералу, що містить уранову руду, перетворює невидиме світло у видиме. При звичайному освітленні мінерал пофарбований у жовто-зелені кольори з домішкою коричневих тонів від інших мінералів, що покривають зразок (рис. 1.5). При ультрафіолетовому освітленні (рис. 1.6) Отун флуоресціюює, з'являється яскраве жовто-зелене свічення. Решта мінералів забарвлюються в інші кольори, включаючи насичений пурпурний. Енергія ультрафіолетового світла перетворюється на видиму форму. Мінералоги за допомогою ультрафіолетових ламп виявляють приналежність зразків до тих чи інших мінералів.
Отун при звичайному освітленні

Рис. 1.5. Отун при звичайному освітленні

Флюоресценція при ультрафіолетовому освітленні

Рис. 1.6. Флюоресценція при ультрафіолетовому освітленні

За матеріалами книги: Джон Хеджкоу. Мистецтво кольорової фотографії. Видавництво «Планета», 1988
Якщо ви знайшли помилку, прохання - виділіть текст помилки (максимум 127 символів) і натисніть Ctrl+Enter.