大自然如此绚丽多姿,气象万千,哪一样不是光色所致?
没有光,什么也看不见;有了光,才能看见东西,才能看出颜色来。在光线暗淡的晚上,只能看见大山、房子、树木和其它物体的轮廓,似乎一切东西都是黑的。可是到了白天,在阳光的照耀下,青翠的山,墨绿的树,湛蓝的湖,红砖的房,一切东西都各自有其特殊的颜色。
为什么有了光,物体才有颜色?为什么物体的颜色会随着照射光线而变化?
光照射在物体上,一部分被反射回来,另一部分进入物体内部。如果物体是不透明的,如钢铁、石块、木材等,光只能透进非常非常薄的一层,透进的光和物质微粒发生作用,被吸收而转变为物质分子热运动的能量。如果物体是透明的,如水、玻璃、云母片等,进入物质的光几乎全部都透射出去。
各种不同的物质,对白光的反射、透射和吸收的情况是不同的。阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七个颜色光成分组成的,一种物质能够反射哪个成分,就决定了这种物质的颜色。例如,阳光照射在红布、血液上,由于它们反射红光的能力最强,几乎只将红光成分反射回来,而对其它各光色成分反射得很微弱,差不多都被吸收掉了,所以,我们只能看见被反射的红光,这些物体就呈现为红色的。同样的道理,物体会表现为黄色、绿色、蓝色等。
阳光照射在白布、白纸、白灰等物体上,由于这些物体对光的吸收能力极弱,阳光几乎全部被反射回来,反射回来的光的成分和入射光的成分差不多是完全一样的,也就是说,入射白光,反射回来还是白光,所以看到这些物质就是白色的。夏天,人们喜欢穿白衬衫,就是因为白色衣服能把阳光全部反射回去,穿之凉快。房子住得年头多了,墙壁不白净,屋子里显得昏暗,如果喷刷上白灰,屋子里就亮堂了,这是因为白灰反光的缘故。
阳光照射在黑布、煤堆等物体上,由于这些物质对光的吸收能力很强,把白光中的一切成分几乎都吸收进去了,所以看上去,这些东西就是黑色的。屋子里不喷刷白灰,就显得暗;冬天,人们喜欢穿黑色或深色的棉衣;底部有黑灰的铝壶比起白亮的新铝壶来,烧水开得快……这一切现象,都是因为它们善于吸收光。
上面说的,都是用白光照射的情况。如果用单一颜色的光照射物体,那就辨不清物体的本来的颜色了。在冲洗照片的暗室里,在红色灯泡的光照下,红纸和白纸就分不清了。晚上,在瓦数不大的灯泡的光照下,在煤油灯或蜡烛的光照下,白纸和白布会显微黄色,这是因为灯光带有黄色所致。
在单一颜色的光的照射下,物体能呈现的颜色有:一是这种光的颜色,因为物体能反射的只有这种颜色的光,人们看到的也只有反射回来的这种光的颜色;二是黑色,无论用什么颜色的光照射,全部都被其吸收掉,没有光反射回来,也就看不见这种光的颜色了。但是,由于颜色单纯的光不易得到,一般的有色光源都不纯,颜色不单一,所以在它的照射下,物体并不是只呈现这种光的颜色或黑色。例如,在暗室里红灯泡的光照下,大多数物体是呈现红色的,但原来是绿色或蓝色的东西,仍然会呈现出黯淡的绿色或蓝色。这是因为,红灯泡发出的红色光并不纯,还混有微量的橙、黄、绿、蓝、紫色,受到这种红光照射的绿色或蓝色物体还能把其中的绿色或蓝色光反射出来。这也表明,物体颜色也并非纯色的,除反射本身颜色外,还能轻微反射其它颜色的光。
由于这个缘故,要辨出真正的颜色,或者说,要让物体呈现出本色,还是非有白光照射不行。在纺织厂里,区别纱的颜色,在印染厂里,鉴别布匹的花色,都得依靠自然光源。
上述种种情况,都是光照射在不透明物体上形成反射光,看到了反射光,就看到了物体的颜色,这种颜色被称为反射色。如果光照射到透明物体上,那又是怎样的情景呢?
光照射到透明物体上,一部分色光就会透过去。因此,透明物体的颜色就取决于它能透过的光的颜色。在十字路口,红绿交通灯在闪亮。红灯之所以呈现红色,是因为它的灯壳玻璃能够让红光透过;绿灯之所以呈现绿色,是因为它的灯壳玻璃能够让绿光透过。节日里,那五光十色的灯,并不是它们的灯丝有什么特别,而是因为它们的玻璃壳只能透过某一颜色光,而不让其它颜色的光透出来。某一种颜色的光透过透明之物,看到的是透射光的颜色,这种颜色被称为透射色。普通的灯泡,玻璃是无色透明的,各种色光都能够透过它。普通的窗玻璃也是无色透明的,可以让阳光的七种色光成分都透过。不过,阳光中不可见的紫外线部分,普通玻璃是不能让它透过的,只有石英玻璃才能允许紫外线透过,因此紫外线灯都是用石英玻璃制作的。
那末,如果将两种或数种单色光混合,或者将两种或数种单色颜料混合,会出现什么情况呢?
前面讲过,在一块圆纸板上按一定比例涂上七种颜色,圆板旋转起来,七色板就变成了白色板,这是从圆纸板上反射出来的七种单色光混合的情形。也就是说,七种单色光按一定比例混合就可以得到白光。但实际上,要得到白光,不一定要使七色光混合,只要将红、绿、蓝三色光按一定比例混合就可以了。这三种色光称之为三原色光。如果将红色光束、绿色光束和蓝色光束同时投射到一块白色屏幕上,则在三种光混合迭加部分就呈现为白色,而在边缘处其中两种光混合迭加部分呈现为品红、黄、青三色。除此之外,两种色光如黄色和蓝色、品红和绿色、红色和青色迭加也可以得到白色光,因为黄色、品红和青色已经是二色光混合的结果。两种色光如果能合为白光,则称之为互补色。在日常生活中,白衬衫穿黄了,用淡蓝色的“增白”洗衣粉一洗,衬衫就白净了,其中的奥妙就是利用了互补色。
既然两种色光能混合成白光,那末,两种颜料如黄色和蓝色混合就会得到白色颜料吗?不能!黄色颜料和蓝色颜料混在一起,得到的不是白色,而是绿色颜料。原来,各种颜料具有不同的颜色,是因为它们吸收和反射各种波长的光的结果,而它们所反射的光并非是单一颜色的光,反射某一颜色的光的同时还反射一些其它波长相近的光。例如,黄色颜料吸收蓝、靛、紫这几种色光,而反射红、橙、黄、绿这几种色光,反射的黄光最强,因此看上去它就是黄色的。同样的,蓝色颜料吸收红、橙、黄这几种色光,而反射绿、蓝、靛、紫这几种色光,反射的蓝光最强,因此看上去它就是蓝色的。两种颜料混合以后的颜色,取决于混合颜料反射哪种色光,而且哪种反射光最强。黄色颜料和蓝色颜料混合以后,将两种颜料各自原来能吸收的色光都吸收了,同时将彼此原来反射的色光又吸收了一些,即混合颜料中的黄色颜料还吸收了蓝色颜料反射的蓝、靛、紫色光,混合颜料中的蓝色颜料还吸收了黄色颜料反射的红、橙、黄色光,只有两种颜料原来都反射的绿光,在混合颜料中未得到吸收,换句话说,绿光是黄色颜料和蓝色颜料都反射的色光,因此,混合颜料受到白光照射后表现为绿色颜料。
如果将各种颜色的颜料混在一起,那将会成为什么颜色的颜料呢?我们已经知道,一张白纸,用红光照射,它就呈红色的;用蓝光照射,它就呈蓝色的。一句话,无论用什么色光照射,白纸都不能吸收,全都反射。同样道理,白色的颜料也是什么光都不吸收,一律给予反射的。可是,其它各种颜色的颜料,每种颜料都是反射一种光而吸收其余的光,各种颜色的颜料混合在一起则不但吸收各自原来能吸收的光,还吸收彼此原来反射的光,因此,各种颜色的颜料混合的结果,是吸收光的能力更强了,几乎将各种颜色的光全部吸收进去,这样一来,就没有光被反射出来,混合颜料就成为黑色的了。这就是说,要想象用色光混合成白光那样,用各种颜色的颜料混合出自色颜料是办不到的。
最后,需要指出的是,上面所讲的反射光是指物体上的漫反射光。来自某一方向的白光照射在表面光滑的物体上,既产生漫反射,又形成单向反射,不仅呈现该物体的颜色,还有反光现象。例如,阳光从窗子射进来,照在一个红色的塑料盒子上,不仅能看见盒子是红色的,还会在某个方向看见盒子上的单向反射光。物体表面越光滑,单向反射光越强,此反射光的颜色为白色,称为表面色。我们常常看到,一幅油画,在人的额头、面颊处和鼻梁上点上一笔白色,使人看来更有立体感,更加真实;在黑色皮鞋头上点上一些白色,使人感到皮鞋擦得很亮、闪光。这都是利用表面色的实例。