Strona głównaPytania → Kolorowy zawrót głowy

Kolorowy zawrót głowy

Pytanie

Pyta Krzysztof

Pytania dotyczą kolorów ciał.
1. Dlaczego ciało jest np. czerwone gdy oświetlane jest światłem białym?
2. Czy „kolorowe” fotony tworzące światło białe są pochłaniane przez atomy powierzchni ciała, a dopiero potem następuje emisja fotonów czerwonych? Czy fotony są odbijane i nie wnikają w ciało?
3. Co dzieje się z fotonami innych częstotliwości niż czerwone?
4. Mamy gładkie ciało, np. czerwone, w świetle białym rozproszonym; dlaczego to ciało np. na zagięciu daje biały refleks?
5. A ciała przezroczyste pochłaniają fotony i emitują je powtórnie, czy przepuszczają fotony bez ingerencji w ich obieg?
6.Czy lustro pochłania i później emituje światło, czy światło nie wnika w materie lustra? Czemu materiał lustra odbija wszystkie barwy?

Odpowiedź

Odpowiada Piotr Wasylczyk

Najpierw kilka słów o kolorze. To, że widzimy różne barwy, jest efektem współdziałania oka i mózgu. W oku znajdują się detektory wrażliwe na różne barwy i po przetworzeniu sygnałów z nich pochodzących, mózg tworzy wrażenia barwne. Ważne jest, żeby mieć świadomość, że oprócz tych wrażeń zmysłowych, kolor można również mierzyć — jest on dobrze zdefiniowaną wielkością fizyczną i mam do takich pomiarów przyrządy i procedury, dzięki czemu można ustalić, że kolor farby jest taki, a nie inny w Polsce i w Japonii. Kolory często kojarzymy z długościami fal światła — dobrze jednak pamiętać, że bardzo rzadko mamy co czynienia ze światłem monochromatycznym o jednej długości fali — najczęściej do naszego oka dociera mieszanina barw o różnym składzie.

Jeśli oświetlamy czerwone ciało (np. dolną połowę polskiej flagi) światłem białym, to cząsteczki barwnika zawieszone w materiale pochłaniają wydajnie niebieskie i zielone składowe widma światła białego, a czerwone światło jest rozpraszane i dociera do naszych oczu — stąd wrażenie czerwieni. Biała połowa flagi dobrze rozprasza wszystkie kolory i w efekcie mózg interpretuje taki sygnał z oka jako biel.

Obraz z fotonami jest trudniejszy do zrozumienia i właściwie nie wnosi wiele nowego — proponuję pozostać przy klasycznej teorii fal elektromagnetycznych. Takie fale mogą rozchodzić się w różnych materiałach (przezroczystych). W tym wypadku można myśleć o polu elektrycznym (i towarzyszącym mu magnetycznym, choć jego wkład w omawiane tu procesy jest bardzo mały), które rozchodzi się w ośrodku i pobudza do drgań elektrony uwiązane do atomów (swobodnych elektronów tam nie ma, bo mówimy o przezroczystych ośrodkach, które są izolatorami). W efekcie wypadkowe pole elektryczne pochodzi od propagującej się fali i wkładu od oscylujących elektronów — w makroskopowym obrazie z tego sumowania pól bierze się współczynnik załamania ośrodka.

Inaczej jest w metalach — tutaj mamy swobodne nośniki (elektrony) i z rozważań ich ruchu w polu fali elektromagnetycznej dochodzimy do wniosku, że istnieje pewna częstość (tzw. częstość plazmowa), poniżej której światło jest odbijane od ośrodka, zaś powyżej wnika do niego i może się tam propagować. Dla srebra i aluminium, którymi pokrywane są najczęściej lustra, częstość ta wypada poza obszarem widzialnym i w efekcie wszystkie barwy są odbijane. Ale np. dla miedzi czy złota, wypada ona mniej więcej w połowie obszaru widzialnego i metale te nie odbijają niebieskich składowych widma widzialnego — dlatego są żółto-czerwone. To, jak światło jest odbijane, zależy też od struktury powierzchni – możliwe jest odbicie takie, jak od wypolerowanego metalu (czy plastiku albo wody) albo z udziałem rozpraszania na chropowatej powierzchni — jak od papieru czy śniegu. Jeśli powierzchnia jest gładka i kąt padania światła duży, wtedy od granicy ośrodków mogą wydajnie odbijać się (bez rozpraszania w materiale) różne składowe widma i stąd, jeśli dobrze rozumiem, bierze się ów biały refleks z pytania.