Длина волны видимого света: свойства и исследования
C древних времен люди заметили, что солнечный свет может раскладываться на разные цвета. Это явление наблюдается в природе в виде радуги. Однако лишь в 17 веке Исаак Ньютон начал изучать природу света научными методами. Он пропустил узкий луч белого света через призму и получил спектр - полосы света разных цветов.
Так Ньютон открыл, что белый свет на самом деле состоит из света всех цветов. Он разделил видимый свет на 7 основных цветов - красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Позже ученые смогли измерить точные длины волн для каждого цвета.
Изучение спектра видимого света раскрывает тайны зрения
Изучение спектра видимого излучения помогает понять природу цветного зрения и механизмы восприятия света человеческим глазом. Уже в начале XIX века Томас Юнг и Герман фон Гельмгольц исследовали взаимосвязь между спектром и цветовым зрением, предположив, что для определения цвета глаз использует три типа рецепторов.
При прохождении белого света через призму происходит разложение луча на составляющие с разными длинами волн, которые преломляются под разными углами. Цвета спектра, полученные от света с узким диапазоном длин волн, называются спектральными. Основные спектральные цвета — красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый.
Длины волн, соответствующие этим цветам, были измерены еще в начале XIX века с точностью до нанометров. Например, красный цвет соответствует длинам волн от 625 до 740 нм. Такие измерения позволили точно описать спектр видимого излучения и исследовать его свойства.
Видимый свет - лишь малая часть электромагнитного спектра
Хотя человеческий глаз воспринимает лишь узкий диапазон электромагнитных волн с длинами волн примерно от 380 до 780 нанометров, на самом деле видимый свет является лишь малой частью гораздо более широкого электромагнитного спектра.
Электромагнитные волны с бόльшими длинами волн, чем у видимого света, относятся к инфракрасному излучению. Оно невидимо для человека, однако ощущается в виде тепла. Инфракрасные волны испускаются нагретыми телами и позволяют "видеть" тепло с помощью специальных приборов.
С другой стороны спектра находится ультрафиолетовое излучение с еще более короткими длинами волн, чем у фиолетового света. Хотя невидимое для нас, оно играет важную роль, например, в загаре и обеззараживании воды. Некоторые насекомые, такие как пчелы, видят ультрафиолет.
Далее по спектру следуют рентгеновские лучи и гамма-излучение с еще более высокими частотами. Эти типы электромагнитных волн обладают ионизирующим действием и представляют опасность для живых организмов при воздействии больших доз.
Цвета, непредставленные в спектре видимого излучения
Хотя спектр видимого света состоит из целого ряда цветов с разными длинами волн, существуют оттенки, которых нет в этом спектре. К таким цветам относятся розовый, маджента (пурпурный) и некоторые коричневые тона.
Эти цвета являются не спектральными, а неспектральными или немонохроматическими. Они образуются в результате смешения излучений спектральных цветов с различными длинами волн. Например, розовый цвет получается при смешении красного и белого света, маджента - при смешении красного и синего.
То, каким мы видим тот или иной цвет, зависит не только от длины волны падающего света, но и от особенностей цветового зрения. У людей с нормальным цветовым зрением три типа колбочек в сетчатке глаза по-разному реагируют на свет разных длин волн, формируя разные цветовые ощущения.
Инфракрасное и ультрафиолетовое излучения расширяют возможности зрения
Хотя человеческий глаз способен воспринимать лишь видимый свет в достаточно узком диапазоне длин волн, использование инфракрасного и ультрафиолетового излучений позволяет расширить возможности зрения.
С помощью инфракрасных камер можно увидеть излучение, исходящее от нагретых объектов, что позволяет обнаруживать людей в темноте или неисправности оборудования. Ультрафиолетовые лучи используются для обнаружения флюоресценции веществ, а также в криминалистике.
Кроме того, многие животные, такие как змеи, пчелы и птицы способны видеть в ультрафиолетовом или инфракрасном диапазонах, недоступных человеческому глазу. Это дает им дополнительные возможности в поиске пищи и ориентации.
Практическое применение видимого света в науке и технике
Видимый свет находит широкое применение в различных областях науки и техники благодаря удобству получения, регистрации и управления его свойствами.
В оптике видимое излучение используется в микроскопах, телескопах, спектральных приборах для исследования свойств веществ. Принцип действия лазеров также основан на использовании видимого или близкого к нему света.
Видимый свет применяется для передачи информации в волоконно-оптических линиях связи благодаря широкой полосе пропускания. Оптоволокно с высокой степенью прозрачности в видимой области спектра используется в медицине для диагностики и фототерапии.
Кроме того, источники видимого света широко используются для освещения, в дисплеях, сигнальных устройствах. Управление спектральным составом и пространственными характеристиками видимого излучения открывает новые возможности для его прикладного использования.
Будущее оптики: голография, невидимость и warp-двигатели
Развитие оптики и технологий управления свойствами видимого света открывает фантастические перспективы в будущем.
Одно из многообещающих направлений - это голография, позволяющая записывать и воспроизводить трехмерные изображения с помощью света. Голограммы могут применяться для создания объемных дисплеев, 3D-принтеров, оптической памяти большой емкости.
Другая фууристическая технология - это достижение невидимости объектов путем управления распространением видимого света с помощью метаматериалов. Это может найти применение в военном деле.
Наконец, исследования по созданию warp-двигателей, использующих искривление пространства-времени светом, открывают потенциальную возможность межзвездных перелетов. Так что видимый свет может буквально осветить нам путь к звездам!