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来自太阳的光线 , 既给我们提供光明和温暖 , 同时又让我们的眼睛观察到了色彩缤纷的世界 。 早在几百年前 , 伟大的物理学家牛顿就曾利用棱镜 , 将太阳光线发散为七种不同颜色的单色光 , 从而让人们更加相信太阳光是由不同频率的电磁波所组成的复合光这一事实 。 然而 , 我们无论是从三棱镜中看到的发散光、还是在太阳光谱图中看到的不同颜色 , 都没有粉红色这种颜色 , 但是我们在现实世界中是明明可以看到粉红色的物体 , 这到底是怎么回事呢?
首先我们来看一下太阳光线的由来 。 简单来说 , 太阳的光线是一种从太阳表面发射出来的电磁波 , 主要由不同频率的光子所组成 , 而这些光子则是太阳内部氢元素核聚变的产物 。 在太阳内核1500万摄氏度、上千亿个大气压的环境中 , 氢原子(质子)就有一定的几率发生量子隧穿效应 , 从一个氢原子核“钻入”另外一个氢原子核中 , 从而与另外的质子组合形成新的原子-氦核 , 从而激发质子-质子链式反应 , 推动太阳内部持续发生“温和”的核聚变 , 在此过程中向外释放出一定量的伽马光子、中微子和能量 。
由于太阳内部的高温高压环境 , 其物质组成都是呈高密度的等离子状态 , 那些因核聚变产生的伽马光子 , 则会在生成后的瞬间又被其它物质所吸收 , 在为这些物质提供一定能量的基础上 , 在微观粒子能级跃迁时重新释放出光子 , 就这样光子在太阳内部经历了不断地被吸引和释放的过程 , 这个过程经历的时间越长 , 则光子到达太阳表面以后的能量就会越低 , 所形成的光线频率就会越小、波长越大 。 如果光子非常幸运 , 在从内核到表面经历的时间较短时 , 则能量的损耗就会越小 , 所形成的光线频率就会越高 。 因此 , 最终从太阳表面释放出来的光线 , 是由频率由高到低的不同电磁波所组成的复合体 , 即伽马射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波等 。
我们人眼所能接收到的太阳光线 , 实际上只是波长在380-780nm之间的可见光部分 。 而这部分可见光根据频率的不同 , 在光谱中又可以呈现红橙黄绿蓝靛紫这七种颜色 , 所以可见光也是一种复合光 。
在我们人眼的视网膜中存在着许多视杆细胞 , 它们可以很敏感地感知外界光线的强弱 , 外界的光线通过眼球的折射落在视网膜上的过程 , 就相当于凸透镜成像的原理 , 在视网膜上成了一个实像 , 然后视杆细胞就会通过视神经系统向大脑神经中枢传递相关的光线明暗程度的信息 , 我们就能分辨出物体的明暗程度以及具体的轮廓 。
同时 , 我们人眼视网膜内还有另外一种视觉细胞-视锥细胞 , 这种细胞主要负责的就是识别物体的颜色 。 人眼中有三种视锥细胞 , 分别负责感应红、绿和蓝三种颜色 , 也就是说这三种颜色是人眼识别物体色彩的最基础“底色” 。 当太阳光照射到一个物体上时 , 根据物体表面情况和材质的不同 , 它会对太阳光进行有选择性地吸收 , 那些没有被吸收的色光进入人眼后 , 就会在眼中呈现相应的颜色 。 对于红色、绿色和蓝色这三种“基色”来说很好理解 , 那就是除了对应的基色之外 , 其余颜色都被物体所吸收 , 视网膜上对应的视锥细胞被激活 , 从而发送出相应的视神经刺激信号 , 我们就看到了红色、绿色蓝色的物体 。
如果外界物体发出或者反射的光线 , 进入人眼之后对于三种视锥细胞的刺激程度不同时 , 就会呈现出这三种颜色以外的色彩被视神经所感知 , 比如三种视锥细胞都被激活时 , 我们看到的就是白色;当绿色和红色视锥细胞刺激程度相同而蓝色视锥细胞没有激活时 , 我们看到的就是黄色;红色和蓝色视锥细胞刺激程度相同而绿色视锥细胞没有激活时 , 我们看到的是品红色 。 这三种视锥细胞当被激活的程度不同时 , 我们人眼所感知的颜色就会呈现三种基色的叠加 , 于是形成更多丰富多彩的颜色 。
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