Физиката зад цвета на нещата

Трудно е да си представим свят без цветове, защото те са навсякъде около нас.

Чудили ли сте се откъде идват цветовете? За да се даде отговор на този въпрос, първо трябва да разберем как работи човешкото цветоусещане и как материята си взаимодейства физически с светлината, пише Zmescience.com.

Бялата светлина е смеска от всички цветове, включително тези, които човешкото око не вижда. Когато нещо има цвят, това всъщност означава, че светлина с определена дължина на вълната се отразява по-силно от другите.

Как материята се държи в присъствието на светлина (впоследствие превръщаща се в цвят за нашите очи), зависи от два главни фактора. Всичко в природата се състои от атоми и електрони, но всяко вещество има различен брой атоми и различна електронна конфигурация. По този начин, когато светлината се отрази в материя, се случва едно или повече от следните явления:

Отразяване и разпръскване. Повечето обекти отразяват светлината, но някои по-добре, като металите например. Това е директно свързано с броя на свободните електрони, които прескачат лесно от атом на атом. Вместо да абсорбират енергията от светлината, свободните електрони вибрират и светлинната енергия се отразява обратно със същата честота, с която е дошла.

Абсорбиране. Когато няма отразяване (обектът е тъмен), честотата на източника на светлина е същата или близка до честотата на вибриране на електроните на дадения материал. Затова електроните абсорбират по-голямата част от идващата енергия с малко или никакво отразяване.

Предаване. Ако светлинната енергия е много по-висока или по-ниска от необходимата за вибриране на електроните, от които се състои един предмет, тогава светлината ще преминава през предмета непроменена, а той ще изглежда прозрачен за човешкото око – стъкло.

Пречупване. Ако енергията на пристигащата светлина е същата като честотата на вибриране на електроните, то светлината прониква навътре в предмета и причинява малки вибрации в електроните. Вибрациите се предават от атом на атом, всеки вибриращ на същата честота като източника на светлина. Това кара светлината в предмета да изглежда изкривена. Пример: сламка в чаша вода. Частта от сламката, която е под водата, ще изглежда изкривена.

© Pantone.com

Заедно мозъкът и очите превръщат светлината в цвят. Светлинните рецептори в очите предават съобщения към мозъка, който създава познатите усещания за цвят.

Ретината е покрита с милиони светлочувствителни клетки, някои във формата на пръчици, други пък приличат на конуси (колбички) и точно тези рецептори обработват светлината и след това изпращат информацията към зрителния център.

Пръчиците са най-гъсто разположени около краищата на ретината и предават най-вече черно-бяла информация. Колбичките предават информация за по-високите нива на светлинен интензитет, които създават усещането за цвят и визуална острота. Тези клетки в сътрудничество със свързващи нервни клетки дават на мозъка достатъчно информация за интерпретиране и определяне на цветовете.

Представете си атомите като малки тухли и сякаш е изградена стена от тях. Сега хвърляме топка към стената. В зависимост от това дали стената е гладка, или има остри ръбове, или е огъната, или има големи пролуки, топката може да отскочи в различни посоки или да се заклещи, или да премине през стената. Същото е и с всяка повърхност, която среща светлината – повърхността може да отрази светлината, да я абсорбира или да я пропусне (прозрачни обекти).

Обаче тази аналогия е далеч от съвършена, защото светлината не е топка. Например светлината, която виждаме, наречена видима светлина, е само малка част от пълния спектър. Молекулите могат да абсорбират фотони от целия електромагнитен спектър, от радиовълни до рентгенови лъчи, но ще имат цвят само ако има разлика в абсорбирането на различните видими дължини на вълните.

Това изглежда необичайно, защото повечето молекули абсорбират светлина над видимия спектър – в ултравиолетовия диапазон. В повечето молекули електроните са свързани доста здраво и затова повечето съединения са бели. Светът ни изглежда разноцветен не защото има толкова различни по цвят вещества, а защото някои издържат много време. Веществата могат да бъдат органични (малотрайни) и неорганични (дълготрайни).

Химичната формула на индиго.                                                              © ABC.net.au

Някои субстанции притежават електрони в правилния диапазон за свързваща сила и затова е удобна употребата им като бои. Една от първите естествени бои е индиго, използвана при боядисването на дънките. Цветът му идва от комплект от три двойни връзки в центъра (O=C, C=C, C=O).

Проблемът с индигото и други органични оцветители е, че цветът се загубва с времето, защото атомите абсорбират енергията, вместо да я отразяват. След време връзките се късат. Неорганичните бои като чистия железен оксид и ръждата могат да издържат хиляди години. Затова и до ден днешен можем да видим пещерните рисунки.

Ликопенът е яркочервен каротиноиден пигмент, фитохимикал, който се среща не само в доматите, но и в много други червени плодове на растения.
© Colour Therapy Healing

В крайна сметка обектите нямат цвят, ние виждаме такъв само когато те са осветени. Точно затова обкръжаващата ни среда е сиво-черна, когато е тъмно. Също така очите ни могат да виждат определен набор от цветове. Котките, кучетата, мишките и зайците имат много лошо цветно зрение. Всъщност те виждат основно сиво и някои нюанси на синьо и жълто.

Но пчелите и пеперудите виждат цветове, които ние не можем. Техният цветови обхват се простира до ултравиолетовия спектър, иначе не биха оцелели. Еволюцията ги е накарала да развият ултравиолетово виждане, защото листата и цветчетата на растенията разпръсват ултравиолетови шарки и по този начин е лесно за пчелите да си избират растения за опрашване.

Единственият начин за идентифициране на цветове, които човешкото око не вижда, е чрез апарат, наречен спектрометър.