Природа Света его свойства  и цвета.

Рассмотрим СВЕТ как явление с одной стороны и его физические свойства, с другой стороны.

Свет был сотворен Богом в первый день творения. И сказал БОГ в начале начал: «Да будет свет…».

Еще не было светил, была только твердь небесная. По-этому Свет это лучистая энергия, делающая окружающий мир видимым. Здесь Свет воспринимается в первую очередь как физическое явления. И был Свет и появилась жизнь.

Свет  (по еврейски ОР, по гречески ФОС ) появился волею Бога и олицетворялся с Богом.

С появлением Света- появилась Тьма. Это противоположность Света.

Свет — это одно из важнейших явлений для человека. Это окно в Мир, где Свет дает и светлоту и тепло, получаемое от Солнца. Без света не могут жить растения, не будет идти фотосинтез, не происходит обмен веществ. Без Света нет жизни*.

С понятием Света, непосредственно подразумеваются такие понятия как Любовь, Вера, Надежда, Солнце и другие светила на небесах.

 

Свет— в оптике это электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом.

Видимый свет человеческим глазом занимает очень небольшую часть от 380 до 760 нм в качестве длинноволновой границы. Самые короткие волны это гамма лучи (Y), самые длинные это длинные радиоволны.

Также в понятие видимого света ученые включили инфракрасное излучение (до видимого света с более короткими волнами) и ультрафиолетовое излучение (с более длинными волнами).

Фото 1                                      Автор: Philip Ronan —  https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=72548216

 

Скорость Света.

Скорость света— это верхний предел скорости для объектов с ненулевой массой покоя. Это экспериментально установлено во многих тестах релятивистской энергии и импульса.

Вообще информация или энергия не могут передаваться в пространстве быстрее, чем со скоростью света.

Скорость света определёна как расстояние, которое проходит свет в вакууме за промежуток времени.

К этому приложили руку многие известные физики, древности, такие как Галилей, Гук, Кеплер, Декарт, Ферма. Однако их значения были не точными.

Точное определение скорости и свойства света дали Максвелл, Планк, Лоренц, Эйнштейн, Гугс и Древер, Майкельсон и Марли и дополнили другие современные физики.

Приведу несколько цифр:

Скорость света примерно составляет 300 000 километров в секунду.

Свет проходит от Солнца до Земли примерно за 8,3 минуты.

До ближайшей Галактики свет идет 25000 лет.

Чтобы пролететь через весь Млечный путь (наша вселенная) ему потребуется примерно 100 000 лет.

От самой удаленной Галактики до Земли примерно 13,4 млрд лет.

 

Частицы, которые движутся со скоростью света в вакууме называют Фотоны, Глюоны, и гипотетические Гравитолы.

Однако на сегодняшний день известны сверхмалые частицы, которые движутся быстрее, чем скорость Света. Это Тихионы. Эти частицы пронизывают всю материю насквозь. Им нет преград. Возможно именно они являются носителями всей информации в космосе. Но это отдельная тема и мы её сейчас не будем затрагивать.

 

Мы не будем уходить в дебри формул и цифр — это удел физики, квантовой физики и астрономии.

 

Наша тема: как свет рождает видимый цвет, как мы его воспринимаем, как он на нас влияет.

Для этого разберем природу Света.

Еще такие ученые как Ньютон, Юнг и Френель открыли волновую теорию света. Это наглядно можно увидеть на простом опыте: когда в воде на небольшом расстоянии плывут две уточки, и волны от них сначала распространяются равномерно, а потом пересекаются образуя  увеличение и распределение волны или погашение волны. Такой принцип используется в автомобильных фарах, когда идет распределение и увеличение потока прямого и отраженного света. Такой эффект называется интерференцией.

Однако обнаружилось, что свет может идти не только по прямой, но и огибать препятствия, и освещать невидимые стороны. Такой эффект называется дифракцией.

Здесь проявляется новая черта света — его электромагнитные свойства. Например, когда из Солнца вырываются потоки плазмы, она достигая Землю, огибает её (сталкиваясь с защитным магнитным поясом Земли) и мы можем наблюдать в северных широтах северное сияние.

 

Электромагнитные волны открыл Джеймс К Максвелл. Он показал, что электромагнитное поле является совокупностью взаимосвязанных электрических и электромагнитных полей.

Он связал воедино электричество, магнетизм и оптику, доказав, что свет является в том числе электромагнитной волной.

 

Новый эффект света предсказал Альберт Эйнштейн, сказав что свет обладает фотоэффектом и квантовой структурой.  Например свет падая на фото раствор с пленкой выбивает электроны и таким образом происходит проявление пленки и фотографий.

 

Итак на сегодняшний день, невозможно точно определить природу света, так он обладает и волновыми и квантовыми свойствами. Это называется корпускулярно- волновой дуализм.

Свет разделяется на волны: от самых коротких космическое излучение и гамма лучи до длинных от инфракрасных до длинных волн радиовещания.

см. фото 1.

И здесь мы можем видеть, что свет может быть отраженным и как волна огибать земной шар, при этом погаснув.

Давайте посмотрим как мы видим свет. Как устроен наш глаз и как он проявляется.

Видеть окружающий мир мы можем только потому, что существует свет и человек способен его воспринимать. В свою очередь, восприятие человеком электромагнитного излучения видимого диапазона спектра происходит благодаря тому, что в сетчатке глаза человека располагаются рецепторы, способные реагировать на это излучение.

 

Сетчатка человеческого глаза имеет два типа светочувствительных клеток: палочки и колбочки.

Палочки обладают высокой чувствительностью к свету и функционируют в условиях низкой освещённости, отвечая тем самым за ночное зрение. Однако, спектральная зависимость чувствительности у всех палочек одинакова, поэтому палочки не могут обеспечить способность различать цвета. Соответственно, изображение, получаемое с их помощью, бывает только чёрно-белым.

Колбочки имеют относительно низкую чувствительность к воздействию света и обусловливают механизм дневного зрения, действующий только при высоких уровнях освещённости. В то же время, в отличие от палочек, в сетчатке глаза человека имеется не один, а три типа колбочек, отличающихся друг от друга расположением максимумов их спектральных распределений чувствительности. Вследствие этого колбочки поставляют информацию не только об интенсивности света, но и о его спектральном составе. Благодаря такой информации у человека и возникают цветовые ощущения.

Спектральный состав света однозначно определяет его цвет, воспринимаемый человеком. Обратное утверждение, однако, неверно: один и тот же цвет может быть получен различными способами. В случае монохроматического света ситуация упрощается: соответствие между длиной волны света и его цветом становится однозначным. Данные о таком соответствии представлены в таблице.

Таблица соответствия частот электромагнитного излучения и цветов

Цвет	Диапазон длин волн, нм	Диапазон частот, ТГц	Диапазон энергии фотонов, эВ
Фиолетовый	380—440	790—680	2,82—3,26
Синий	440—485	680—620	2,56—2,82
Голубой	485—500	620—600	2,48—2,56
Зеленый	500—565	600—530	2,19—2,48
Желтый	565—590	530—510	2,10—2,19
Оранжевый	590—625	510—480	1,98—2,10
Красный	625—740	480—405	1,68—1,98

 

Как устроен наш глаз?

Это строение глаза.

Схема -как свет попадает внутрь глаза.

 

Свет попадая на зрачок, падает на хрусталик, преломляется и в перевернутом виде падает на сетчатку глаза.

Сетчатая оболочка представляет собой светочувствительную нервную ткань, которая изнутри выстилает заднюю часть глаза. Сетчатка имеет сложную структуру и состоит примерно из десяти слоев.

Колбочко-подобные фоторецепторы, которых в сетчатке порядка семи миллионов, функционируют исключительно при ярком свете, поддерживают центральное зрение и правильное восприятие цветов. Их наибольшее количество сосредоточено в самом центре сетчатки, так называемой макуле — точке наилучшего видения.

Палочко-подобные фоторецепторы, число которых составляет около 130 миллионов, позволяют человеческому глазу хорошо видеть в сумерках и при слабом освещении, поскольку обладают очень высокой световой чувствительностью.

За слоем фоторецепторов в сетчатке располагается несколько слоев нервных клеток, отвечающих за обработку визуальной информации, поступившей на сетчатку, и передачу ее для дальнейшей интерпретации в головной мозг.

Таким образом мы воспринимаем освещенность и цвет тел и окружающей среды.

Схема устройства сетчатки глаза.

 

Мы можем обратить внимание, что человеческий глаз не совершенен, с точки зрения природы.

Во первых, мозгу приходиться переворачивать изображение и делать его адаптивным для человеческого восприятия мозгом.

Во вторых человек воспринимает только 3 основных цвета (желтый красный и синий). Например птицы и рептилии воспринимают 4 основных цвета, а рыбы вообще 6 цветов.

Кроме того человек видит только на 90 градусов. А например, хамелеон или муха на 280, а то и на 360градусов.

Кроме того, мы видим 3-х мерное пространство через 2-х мерное. Просто мозг обрабатывая информацию от каждого глаза создает трех-мерную картинку в мозгу. Это тоже самое, как видеть на плоском экране (2-х мерное измерение — длина и ширина) объемную картинку — 3-х мерное изображение. Из-за этого у человека часто и возникают иллюзии, т.к. мозг не справляется с задачей и выдает фантомы.

 

Как мы видим ощущается или эффект объема, или движущегося  или вращающегося пространства. Хотя все это нарисовано на плоскости. Если долго смотреть, то может закружится голова.

 

Как же мы видим и различаем цвета. Откуда они берутся?

Цвета «рождаются» в сознании человека. На самом деле существуют бесцветные объекты (небо, трава), которые можно «раскрасить», благодаря световым волнам. Синий цвет неба мы видим потому, что частицы воздуха могут рассеивать свет с короткой длиной волны. В видимом для нас спектре — это синий цвет.

То, что мы называем цветом, это лишь способность нашего глаза различать электромагнитные волны разной длины (и восприятие это зависит от множества факторов: степени освещенности объекта, структуры его поверхности, окружающего фона, температуры и т.д.). Наш мозг научился маркировать эти волны, воспринимая их по-разному, в то время как огромное количество других живых существ прекрасно обходится без цветного зрения.

А также все предметы вокруг нас. Потому что, как мы уже знаем, за прием изображения в нашем глазу отвечают палочки и колбочки. Так вот, только колбочки умеют видеть то, что мы традиционно называем цветом. А для их работы требуется куда больше освещения, чем для работы палочек, которые исправно готовы фиксировать лишь формы объектов. Поэтому в сумерках краски тускнеют, чтобы исчезнуть вовсе с наступлением ночи, даже если вялые ночные светила и позволяют нам кое-как различить выступающие из мрака дома и автомобили. Надо также отметить, что слишком сильное освещение тоже мешает нам различать цвета, засвечивая предметы и сбивая прибор измерения длины волн.

 

Большинство хищных и стадных млекопитающих различают цвет очень ограниченно. Например быки не видят красный цвет, а собаки видят все в серо буро синих и оранжевых цветах.

 

Преимущественно, мы видим отраженные лучи и именно они рисуют изображение объекта в нашем глазу.

Белый свет не имеет определенной длины волны, а от того и не имеет цвета. Это группа потоков с разными длинами волн, которые в сумме воздействуют на наш глаз, формируя белый цвет. В природе нет белого света. Это результат воздействия на глаз световых излучений с различными длинами волн.

Выделяется семь основных цветов. Они, как вы уже поняли, представляют из себя электромагнитные волны с разными длинами волн. Также их называют монохроматическими излучениями.

 

Такие оттенки, как розовый или салатовый образуются в результате смешения нескольких монохроматических излучений с различными длинами волн и собственного монохроматического излучения не имеют.

 

Свет белого цвета можно разложить на цветные составляющие. Такие цветные составляющие называются спектр. Спектр есть цветные полосы, которые чередуются одна за другой.

Какая-то часть волн с определенной длиной волны из спектра от объекта отражаются, а какие-то поглощаются. Давайте посмотрим на картинку.

Как мы видим из первой картинке слева Свет упал на поверхность и поглотился, а отразился только цвет со цветовой волной равной зеленому цвету. Например трава- мы увидели траву.

Свет упал на черный предмет и полностью поглотился — мы ничего не увидели. А свет попадая на белую поверхность полностью отражается. Отсюда, кстати, и происходит эффект, когда черные цвета, (например машина) ан солнце нагреваются, а белые -отражая свет, практически не нагреваются.

Например, если рассмотреть белый снег, то там мы имеем дело с огромным количеством поверхностей для отражения. Ведь пористость у него огромная. В итоге мы видим скорее рассеянный свет, нежели отраженный. А воспринимаем мы его как белый цвет.

Итак, белый цвет и свет разлагается на 7 основных цветов. Этот эффект мы можем наблюдать в таком явлении как радуга или если пропустить свет через стеклянную призму.

 

Цвет можно описать с помощью трех координат, таких как оттенок, светлота и насыщенность измеряемого цвета.

• Оттенок является свойством цвета зависимым от излучения определенной длины волны, которая различается рецепторами, находящимися в глазу. Тогда мы видим определённый цвет, например зелёный, красный или синий. Цвета, которые имеют оттенки, называются хроматическими.
• Светлота или, другими словами, яркость является чувствительностью к интенсивности излучения, отвечающего за появление цвета. Мерой светлоты цвета является яркость, которая при дневном свете характеризуется наивысшей величиной для жёлто-зелёного цвета длиной волны 555 нм, а в ночное время при длине волны 510 нм, соответствующей сине-зелёному цвету.
• Насыщенность – это смешение хроматического цвета с белым, серым или черным цветом. Пастельные цвета называют ненасыщенными, так как они содержат много белого цвета.

Математическая запись цвета была разработана Международной комиссией по освещению (CIE) и соответствует зрительному восприятию.

Модель RGB

Следующим способом описания цветов является модель RGB. Это способ выражения цветового пространства в системе координат, описанных с помощью аббревиа

туры RGB от названий цветов на английском языке: R – red (красный), G – green (зеленый), B – blue (синий). Модель обоснована

восприятием видения человеческим глазом любого цвета, который появляется в результате смешения трёх лучей света данных цветов в определенных пропорциях. Только эта модель объясняет, каким образом изображение цвета появляется в мозгу человека. К сожалению, эта модель имеет несколько недостатков — в частности она не объясняет, почему после смешения светлых цветов не появляется цвет более светлый или чисто белый.

 

Модель CMY или CMYK

Существующая цветовая модель CMY на практике является недостаточной основой для получения всех цветов, различаемых человеческим глазом. Смешение составляющих модели, то есть синего (cyjan), красного (magenta) и жёлтого цвета (yellow), никогда не даст черного цвета. По этой причине часто говориться о модели CMYK, которая дополнена черным цветом, называемым K – key colour (ключевой цвет — черный). Эта модель цветов чаще всего применяется в полиграфии для создания цветных печатей и компьютерных график. Отдельные цвета модели CMYK можно получить путём смешения четырёх основных цветов, применяя их соответствующие пропорции.

 

 

                         Палитра CMYK                                          Как получается красный цвет в CMYK

 

Зная уже самые популярные модели оценки цвета, можно предположить, что достаточно всего лишь смешать цвета из модели RGB с цветами CMYK и теоретически мы должны получить всевозможные цвета. Однако это не происходит. Почему? Потому что человеческий глаз не реагирует линейно, а красители и цветные материалы не идеальны. По этой причине на практике применяются разные методы скрытия недостатков. Способы уравновешивания этих дефектов определяются как производство цвета, и ими в частности являются полиграфия, промышленная окраска или производство карандашей, красок и лаков.

 

RAL

Также есть международная система цветов RAL. В ней 256 стандартных цветов (палитра К5 или К7) и есть дополнительные цвета, такие как металики или антики. Есть также дизайнерские палитры, которые включают в себя массу дополнительных цветов и переходов. Эту палитру RAL обычно используют для определения цвета при порошковой окраске изделий в камере спекания для промышленных, строительных или дизайнерских задач.

Видеть цвета — это удивительно. Человеческий глаз в состоянии различать миллионы оттенков цвета. Изображение, появляющееся в нашей голове, возникает за доли секунды, а чтобы это произошло достаточно света. Удивительной также является точность глаза и способность человека анализировать цвета.

Инструментальные палитры, записанные математически и теоретические модели чрезвычайно важны при обсуждении цветов. Благодаря им можно воспроизводить цветные предметы в промышленных масштабах, различать бракованные партии изделий и определять проблемы, когда полученный цвет не является ожидаемым оттенком.

Возможно с сегодняшнего дня Вы по другому посмотрите на свои глаза, которые ведь позволяют вам осознать красоту окружающего мира.

Человек получил от природы удивительную способность видеть и различать цвета. Мы не сможем определить банан является спелым или недозрелым, если не будем различать его цвета. Тоже касается и других овощей, фруктов, мяса и рыбы. Без зрения не можем определить и свежесть продуктов. Зрение нам дано и для зоркости и точности на охоте. При  помощи зрения мы в первую очередь воспринимаем другого человека или объект и составляем свое первичное представление о нем. Это потом уже вступают во взаимодействие другие органы чувств, такие как обоняние, осязание, вкусовые рецепторы и другие, но зрение здесь первично.

При помощи цвета мы делаем свое жилище комфортным и приятным. Мы наслаждаемся видами восхода или заката, получаем удовольствие от легкой туманной дымке над озером или вечером, на закате, сидя у костра. Нас впечатляют виды величественных гор, бескрайнее море, серебристые излучины рек. И наконец, мы наслаждаемся цветением деревьев, разнообразием цветов и трав. Это ли не подарок, который  подарила  нам Природа.