На первый взгляд вопрос «Можно ли сделать черный и белый свет?» может показаться бессмысленным. В конце концов, свет обычно ассоциируется с яркостью, освещенностью и цветом. Однако есть несколько интересных идей, которые можно получить, исследуя эту тему глубже.
Для начала важно понять, что именно представляет собой свет. Видимый свет — это форма электромагнитного излучения, воспринимаемого человеческим глазом. Он имеет длину волны от 380 до 740 нанометров. Когда все длины волн видимого света объединяются вместе, получается белый свет. Но свет также можно разложить на его составные цвета с помощью призм, фильтров или другими методами.
Две крайности спектра видимого света — красный свет с длинными длинами волн (~700 нм) и фиолетовый/синий свет с короткими длинами волн (~400 нм). Между этими крайностями находятся все цвета радуги — оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго. Когда свет содержит только длины волн из одной области спектра, он выглядит как этот конкретный цвет.
Так где же в игру вступают черный и белый? Черный технически является отсутствием видимого света. Объект кажется черным, когда он поглощает все длины волн видимого света и не отражает их обратно к нашим глазам. Белый, с другой стороны, возникает, когда объект отражает все длины волн видимого света одинаково. Это полное, равномерное отражение интерпретируется нашими глазами как белый цвет.
Хотя настоящий черный свет кажется невозможным, есть несколько способов создать что-то, что приближается к черному свету:
Ультрафиолетовый (УФ) свет имеет более короткие длины волн, чем видимый фиолетовый свет. Он находится сразу за пределами видимого спектра, то есть наши глаза не могут его обнаружить. Однако мы можем воспринимать УФ-свет косвенно. Многие объекты будут флуоресцировать или светиться при освещении УФ-светом.
Черные лампы основаны на этом принципе. Они отфильтровывают большинство видимых длин волн, пропуская в основном длинные ультрафиолетовые волны около 365 нм. Для наших глаз это выглядит просто как тусклый фиолетовый свет. Но флуоресцентный или фосфоресцентный материал ярко светится в этих условиях черного света. Этот эффект используется в психоделическом плакатном искусстве, судебной экспертизе и поиске определенных месторождений полезных ископаемых.
В достаточно темной среде слабый красный источник света может казаться черным. Например, в фотолабораториях используются красные защитные лампы, чтобы работники могли видеть, но чувствительная фотобумага остается неэкспонированной. Красный свет низкой интенсивности выглядит черным, но позволяет видеть, как только глаза привыкают.
Аналогично, использование сильно отфильтрованного фонарика или лазерной указки, которые излучают только глубокие красные длины волн, может создать тусклый луч, который субъективно кажется черным в условиях очень низкой освещенности. Это не настоящий черный свет, но он может субъективно казаться черным при правильных условиях.
Излучение черного тела относится к электромагнитному излучению, которое испускается нагретым объектом. Распределение длин волн и интенсивность этого испускаемого света зависят исключительно от температуры объекта.
По мере того, как черное тело нагревается до все более высоких температур, оно сначала светится тусклым красным, затем оранжевым, желтым, белым и, наконец, интенсивным синим. Объект при комнатной температуре почти не излучает видимого света, кажусь черным. Но при более высоких температурах он может субъективно производить свечение черного тела в красной/оранжевой области спектра.
В отличие от черного света, довольно просто создать свет, который субъективно кажется белым человеческому глазу:
Естественный солнечный свет содержит все длины волн видимого света. Эта комбинация цветов кажется белым нашим глазам. Прямой нефильтрованный солнечный свет является исходным эталоном белого света, с которым сравниваются другие источники света.
Дневной свет в полдень имеет цветовую температуру около 5500 К. Когда солнце встает и садится, свет приобретает более теплые оранжевые и красные оттенки. Но в полдень солнечный спектр обеспечивает почти идеальный белый свет, идеальный для цветопередачи.
Лампы накаливания и галогенные лампы производят тепловое излучение путем нагрева вольфрамовой нити. Чем горячее нить, тем белее излучаемый свет. Эти лампы излучают непрерывный спектр видимых длин волн, который субъективно кажется белым, хотя он может быть немного теплее или холоднее дневного света.
Лампы накаливания долгое время были наиболее распространенным источником искусственного белого света. Но они неэффективны, тратя энергию в виде тепла. Это привело к отказу от традиционных ламп накаливания во многих странах.
Люминесцентные лампы пропускают электричество через пары ртути, которые излучают ультрафиолетовый свет. УФ-излучение заставляет фосфорное покрытие внутри трубки флуоресцировать, производя видимый свет.
Различные составы фосфора могут настраивать цвет света. Люминесцентные лампы со смесью фосфоров могут производить широкий спектр излучения, который субъективно кажется нашим глазам белым. Холодные белые флуоресцентные лампы излучают более синий свет, в то время как теплые белые варианты имеют больше желтых/оранжевых оттенков.
Светодиодные лампы используют полупроводниковый чип для непосредственного излучения видимого света. Светодиоды, предназначенные для излучения волн разной длины, можно комбинировать для получения составного белого света.
Некоторые белые светодиоды объединяют синий светодиодный чип с желтым фосфорным покрытием, уравновешивая два цвета для получения белого света. Более продвинутые светодиоды смешивают красные, зеленые и синие чипы и настраивают интенсивность каждого цветового канала для оптимизации выходного белого света.
Хотя чистый черный свет невозможен, несколько методов позволяют создавать низкоинтенсивное красное/УФ-излучение, которое в темной среде кажется черным. И различные источники света от солнца до светодиодов могут стимулировать наши глаза с помощью баланса видимых длин волн, которые воспринимаются как белый.
Итак, вкратце:
| Приближения черного света | Источники истинно белого света |
| Длинноволновые ультрафиолетовые лампы «черного света» | Прямой солнечный свет |
| Чрезвычайно тусклый красный свет | Лампы накаливания/галогенные лампы |
| Излучение абсолютно черного тела при низких температурах | Люминесцентные трубки |
| Светодиодное освещение |
В то время как сам черный свет остается неуловимые, субъективно черные световые эффекты могут быть получены с использованием сильно отфильтрованных источников в подходящем контексте. И многие естественные и искусственные источники света способны стимулировать полный видимый спектр, интерпретируемый нашими глазами как белый. Таким образом, при правильном оборудовании и настройках могут быть созданы формы черного и белого света.
Истинно черный свет невозможен, поскольку свет по определению является электромагнитным излучением, видимым глазом. Однако ультрафиолетовые лампы, отфильтрованные для излучения в основном длинных волн УФ, могут казаться темно-фиолетовыми и субъективно казаться черными в затемненном помещении. Их способность заставлять флуоресцентные материалы светиться демонстрирует, что они испускают электромагнитное излучение, даже если наши глаза не воспринимают УФ-свет напрямую.
Призма преломляет различные длины волн света на разную величину в зависимости от их частоты. Эта дисперсия разделяет компоненты цветов белого света. Длинные красные волны преломляются меньше всего, а короткие фиолетовые/синие волны преломляются больше всего. Между ними оранжевый, желтый, зеленый и другие цвета разделяются в зависимости от их длины волны. Этот эффект радуги демонстрирует, что белый свет на самом деле является однородной смесью видимого спектра.
Белый свет возникает, когда источник света излучает сбалансированную комбинацию всех видимых длин волн, которая кажется нашим глазам равномерно белой. Черный цвет определяется как полное отсутствие видимого светового излучения или отражения. Черный объект поглощает все видимые длины волн, не отражая ни одного обратно в наши глаза. Таким образом, белый свет содержит все цвета в равной степени, в то время как черный указывает на полное отсутствие видимого света.
Натриевые лампы излучают свет, сконцентрированный на определенных желтых длинах волн. Этот монохроматический желтый свет обеспечивает приличную видимость для человеческого зрения и уличного освещения. Но его ограниченный цветовой спектр обеспечивает плохую цветопередачу. Натриевые лампы энергоэффективны и долговечны, что делает их экономичным (хотя и непривлекательным) вариантом наружного освещения. Более продвинутые светодиодные уличные фонари могут достигать превосходной эффективности и качества цвета.
В то время как сочетание всех пигментов краски дает черный цвет, смешивание цветов света является аддитивным. Сочетание чистого красного, зеленого и синего света дает белый свет, в то время как смешивание всех пигментов краски дает черный цвет. Это происходит потому, что пигменты краски поглощают определенные цвета, в то время как излучение света объединяет разные цвета. Таким образом, смешивание аддитивного света следует иным принципам по сравнению со смешиванием субтрактивных пигментов.
В заключение, хотя настоящий черный свет, вероятно, невозможен, такие умные методы, как фильтрация темно-красного или длинноволнового ультрафиолетового излучения, могут создать иллюзию черного света. А белый свет может быть получен с помощью теплового излучения, флуоресценции или светодиодов, которые излучают сбалансированную смесь видимых длин волн. Таким образом, при наличии правильного оборудования и контекста можно создавать формы черного и белого света, даже если чистые версии света остаются неуловимыми в самом строгом смысле. Поиск черного и белого света раскрывает некоторые увлекательные свойства света и восприятия.