Видимый спектр - Википедия - Visible spectrum

«Цветовой спектр» перенаправляется сюда. Альбом "Дорогой охотник" см. Цветовой спектр.
белый свет является рассредоточенный по призма в цвета видимого спектра.
Лазер лучи с видимым спектром

В видимый спектр это часть электромагнитный спектр то есть видимый к человеческий глаз. Электромагнитное излучение в этом диапазоне длины волн называется видимый свет или просто свет. Типичный человеческий глаз будет реагировать на длины волн примерно от 380 до 750 нанометры.[1] По частоте это соответствует полосе в районе 400–790ТГц.

Спектр не содержит всех цвета что человек зрительная система можно отличить. Ненасыщенные цвета Такие как розовый, или же фиолетовый вариации вроде пурпурный, например, отсутствуют, потому что они могут быть сделаны только из смеси нескольких длин волн. Цвета, содержащие только одну длину волны, также называются чистые цвета или спектральные цвета.

Видимые длины волн проходят практически без ослабления через Атмосфера Земли через "оптическое окно "область электромагнитного спектра. Примером этого явления может служить чистый воздух разбрасывает синий свет больше, чем красный, и поэтому полуденное небо кажется голубым (за исключением области вокруг солнца, которая кажется белой, потому что свет не так сильно рассеивается). Оптическое окно также называют «видимым окном», потому что оно перекрывает видимый спектр реакции человека. В ближний инфракрасный Окно (NIR) находится вне поля зрения человека, так же как и окно средней длины волны инфракрасного (MWIR) и окно длинноволнового или дальнего инфракрасного диапазона (LWIR или FIR), хотя другие животные могут их видеть.

История

Цветовой круг Ньютона, от Opticks 1704 года, показывая цвета, которые он ассоциировал с Музыкальные ноты. Спектральные цвета от красного до фиолетового разделены нотами музыкальной гаммы, начиная с D. Круг завершает полный цикл. октава от D к D. В круге Ньютона красный цвет находится на одном конце спектра, рядом с фиолетовым - на другом. Это отражает тот факт, что неспектральные фиолетовый цвета наблюдаются при смешивании красного и фиолетового света.

В 13 веке Роджер Бэкон предположил, что радуги были произведены способом, аналогичным прохождению света через стекло или кристалл.[2]

В 17 веке Исаак Ньютон обнаружил, что призмы могут разбирать и собирать белый свет, и описал это явление в своей книге Opticks. Он был первым, кто употребил слово спектр (латинский для "явления" или "привидения") в этом смысле в печати в 1671 году при описании его эксперименты в оптика. Ньютон заметил, что, когда узкий луч Солнечный свет ударяет по стеклу призма под углом, некоторые отраженный 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 (преломленный ) менее резкий, чем фиолетовый, поскольку он проходит через призму, создавая спектр цветов.

Наблюдение Ньютоном призматических цветов (Дэвид Брюстер 1855)

Первоначально Ньютон разделил спектр на шесть названных цветов: красный, апельсин, желтый, зеленый, синий, и фиолетовый. Позже он добавил индиго как седьмой цвет, поскольку он считал, что семь - идеальное число, происходящее от древнегреческий софисты, наличия связи между цветами, музыкальными нотами, известными объектами в Солнечная система, и дни недели.[3] 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 Айзек Азимов,[4] 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. Сравнение наблюдений Ньютона за призматическими цветами с цветным изображением спектра видимого света показывает, что «индиго» соответствует тому, что сегодня называют синим, тогда как его «синий» соответствует голубой.[5][6][7]

В 18 веке Иоганн Вольфганг фон Гете писал об оптических спектрах в своем Теория цвета. Гете использовал слово спектр (Спектрум) для обозначения призрачного оптического остаточное изображение, 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 белый 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 характеризовался Уильям Гершель (инфракрасный ) и Иоганн Вильгельм Риттер (ультрафиолетовый ), Томас Янг, Томас Иоганн Зеебек, и другие.[8]Янг был первым, кто измерил длины волн разных цветов света в 1802 году.[9]

Связь между видимым спектром и цветовое зрение был исследован Томасом Янгом и Герман фон Гельмгольц в начале 19 века. Их теория цветового зрения правильно предположил, что глаз использует три различных рецептора для восприятия цвета.

Восприятие цвета у разных видов

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, что 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 зависящие от пола отметины, которые видны только в ультрафиолетовом диапазоне.[10][11] 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.[12] Птицы могут видеть некоторые красные волны, но не так далеко в световом спектре, как люди.[13] Распространенное мнение, что обычная золотая рыбка - единственное животное, которое может видеть как инфракрасный, так и ультрафиолетовый свет.[14] неверно, потому что золотая рыбка не видит инфракрасный свет.[15]

Большинство млекопитающих двухцветный, а собаки и лошади часто считаются дальтониками. Было показано, что они чувствительны к цвету, хотя и не так много, как люди.[16] Некоторые змеи могут «видеть»[17] лучистое тепло в длины волн от 5 до 30мкм с такой степенью точности, что слепой гремучая змея может поражать уязвимые части тела жертвы,[18] а другие змеи с этим органом могут обнаруживать теплые тела с расстояния в метр.[19] Его также можно использовать в терморегуляция и хищник обнаружение.[20][21] (Видеть Инфракрасное зондирование у змей )

Спектральные цвета

sRGB-рендеринг спектра видимого света
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 узкой полосы длин волн (монохроматический свет), называются чистые спектральные цвета. Различные диапазоны цветов, указанные на иллюстрации, являются приблизительными: спектр непрерывный, без четких границ между одним цветом и другим.[22]

Цветовой спектр отображения

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

Цветные дисплеи (например, компьютерные мониторы и телевизоры ) не могу воспроизвести все цвета, различимые человеческим глазом. Цвета вне цвета гамма устройства, например, большинство спектральные цвета, может быть только приблизительный. Для точной цветопередачи спектр можно проецировать на однородную серый поле. Результирующий смешанные цвета может иметь все свои Координаты R, G, B неотрицательный, и поэтому может воспроизводиться без искажений. Это точно имитирует просмотр спектра на сером фоне.[23]

Спектроскопия

Атмосфера Земли частично или полностью блоки некоторые длины волн электромагнитного излучения, но в видимом свете в основном прозрачны

Спектроскопия Изучение объектов на основе спектра цветов, которые они излучают, поглощают или отражают. Спектроскопия - важный исследовательский инструмент в астрономия, где ученые используют его для анализа свойств удаленных объектов. Обычно астрономическая спектроскопия использует высокую дисперсию дифракционные решетки для наблюдения спектров с очень высоким спектральным разрешением. Гелий был впервые обнаружен анализом спектра солнце. Химические элементы может быть обнаружен в астрономических объектах эмиссионные линии и линии поглощения.

Сдвиг спектральных линий можно использовать для измерения Доплеровский сдвиг (красное смещение или же синее смещение ) удаленных объектов.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Старр, Сеси (2005). Биология: концепции и приложения. Томсон Брукс / Коул. п.94. ISBN  978-0-534-46226-0.
  2. ^ Коффи, Питер (1912). Наука логики: исследование принципов точного мышления. Лонгманс. п.185. призма Роджера с беконом.
  3. ^ Исаков, Стюарт (16 января 2009 г.). Темперамент: как музыка стала полем битвы великих умов западной цивилизации. Knopf Doubleday Publishing Group. С. 12–13. ISBN  978-0-307-56051-3. Получено 18 марта 2014.
  4. ^ Азимов, Исаак (1975). Взгляд на вселенную: история телескопа. Бостон: Хоутон Миффлин. п.59. ISBN  978-0-395-20716-1.
  5. ^ Эванс, Ральф М. (1974). Восприятие цвета (нулевое ред.). Нью-Йорк: Wiley-Interscience. ISBN  978-0-471-24785-2.
  6. ^ Макларен, К. (март 2007 г.). «Индиго Ньютона». Исследование и применение цвета. 10 (4): 225–229. Дои:10.1002 / col.5080100411.
  7. ^ Уолдман, Гэри (2002). Введение в свет: физика света, зрения и цвета (Дуврский ред.). Минеола: Dover Publications. п. 193. ISBN  978-0-486-42118-6.
  8. ^ 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 (связь)
  9. ^ Джон С. Д. Бранд (1995). Линии света: источники дисперсионной спектроскопии, 1800–1930 гг.. CRC Press. С. 30–32. ISBN  978-2-88449-163-1.
  10. ^ Катхилл, Иннес С (1997). «Ультрафиолетовое зрение у птиц». В Питере Дж. Б. Слейтере (ред.). Достижения в изучении поведения. 29. Оксфорд, Англия: Academic Press. п. 161. ISBN  978-0-12-004529-7.
  11. ^ Джеймисон, Барри Г. М. (2007). Репродуктивная биология и филогения птиц. Шарлоттсвилль, Вирджиния: Университет Вирджинии. п. 128. ISBN  978-1-57808-386-2.
  12. ^ Скорупский, Питер; Читтка, Ларс (10 августа 2010 г.). «Спектральная чувствительность фоторецепторов у шмелей, Bombus impatiens (Hymenoptera: Apidae) ". PLOS ONE. 5 (8): e12049. Bibcode:2010PLoSO ... 512049S. Дои:10.1371 / journal.pone.0012049. ЧВК  2919406. PMID  20711523.
  13. ^ Varela, F.J .; Palacios, A. G .; Голдсмит Т. М. (1993) «Цветовое зрение птиц», с. 77–94 в Зрение, мозг и поведение птиц, ред. Зейглер, Харрис Филип и Бишоф, Ханс-Иоахим. MIT Press. ISBN  9780262240369
  14. ^ «Верно или нет?» Обычная золотая рыбка - единственное животное, которое может видеть и инфракрасный, и ультрафиолетовый свет."". Скептичный. 2013. Архивировано с оригинал 24 декабря 2013 г.. Получено 28 сентября, 2013.
  15. ^ Ноймайер, 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.
  16. ^ 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. Дои:10.1098 / rspb.2013.1356. ЧВК  3730601. PMID  23864600.
  17. ^ Ньюман, EA; Хартлайн, PH (1981). «Интеграция визуальной и инфракрасной информации в бимодальных нейронах оптического тектума гремучей змеи». Наука. 213 (4509): 789–91. Bibcode:1981Научный ... 213..789N. Дои:10.1126 / science.7256281. ЧВК  2693128. PMID  7256281.
  18. ^ Кардонг, КВ; Макесси, SP (1991). «Ударное поведение слепой от рождения гремучей змеи». Журнал герпетологии. 25 (2): 208–211. Дои:10.2307/1564650. JSTOR  1564650.
  19. ^ Фанг, Джанет (14 марта 2010 г.). «Обнаружение змей в инфракрасном свете раскрыто». Новости природы. Дои:10.1038 / новости.2010.122.
  20. ^ Krochmal, Aaron R .; Джордж С. Баккен; Трэвис Дж. ЛаДюк (15 ноября 2004 г.). «Тепло на кухне эволюции: эволюционные взгляды на функции и происхождение лицевых ямок змеевиков (Viperidae: Crotalinae)». Журнал экспериментальной биологии. 207 (Pt 24): 4231–4238. Дои:10.1242 / jeb.01278. PMID  15531644.
  21. ^ Грин Х.В. (1992). «Экологический и поведенческий контекст эволюции змеевиков», в Кэмпбелл Дж. А., Броди Э. Д. Мл. Биология питгадов. Техас: Сельва. ISBN  0-9630537-0-1.
  22. ^ Бруно, Томас Дж. И Своронос, Пэрис Д. Н. (2005). CRC Справочник фундаментальных спектроскопических корреляционных диаграмм. CRC Press. ISBN  9781420037685
  23. ^ «Воспроизведение видимого спектра». РемонтFAQ.org. Получено 2011-02-09.