Н. — …и все станет светящимся! И я этого очень хочу, так как все относящееся к цвету представляется мне абсолютно темным… Поверь мне, я это говорю не ради игры слов.
Л. — Так начнем же с самого начала. Что же такое свет?
Н. — Неужели ты думаешь, что я совсем забыл физику. Свет, так же как и радиоволны, является частью широкого спектра электромагнитных колебаний (рис. 3).
Рис. 3. В обширном спектре (внизу) электромагнитных волн видимый свет занимает лишь узкую полоску, которая в значительно увеличенном виде показана вверху.
Он отличается от других излучений лишь длиной своих волн. Впрочем, я читал, что удалось почти классическими методами генерировать радиоволны такие же короткие, как инфракрасные лучи, этот невидимый свет, который располагается рядом с наиболее длинными световыми волнами. А по другую сторону видимого спектра располагаются тоже невидимые ультрафиолетовые лучи. А если идти дальше в сторону более коротких волн, то мы попадаем в область рентгеновских лучей, а затем в область гамма-лучей и дойдем до космических лучей.
Л. — Ты говоришь как по книге! Можешь ли ты уточнить длины световых волн и сказать, какое место они занимают в спектре электромагнитных колебаний?
Н. — У меня плохая память на цифры. Но я помню, что по частоте световые волны занимают лишь одну октаву; это означает, что частота волны фиолетового цвета вдвое больше частоты волны красного цвета.
Л. — Правильно. Видимый свет располагается на участке спектра от 790 до 385 Тгц. Я позволю себе напомнить тебе, что терагерц (Тгц) равен 1000 000 000 000 гц. По длине же волн спектр видимого света соответствует волнам от 380 до 780 нм. Ты, очевидно, знаешь, что нанометр (нм) или миллимикрон (ммкм) соответствует 0,000000001 м; а, кстати говоря, правильнее было бы сказать «миллимикрометр». А ты также знаешь, что сейчас практически не пользуются единицей длины «ангстремом» (Å), которая равна 0,1 нм.
Н. — Границы волн, которые ты даешь для видимого света, определяются как раз нашими органами зрения. И возможно, что в другом мире, населенном существами с иной, чем у нас, анатомией и физиологией, воспринимаемые органами зрения электромагнитные волны расположены в другой части спектра частот. Представь себе одно из таких существ, высаживающихся у нас из летающего блюдца и… ослепленное волнами радиопередатчика.
Л. — Я вижу, что ты читаешь много научно-фантастических книг. Я совершенно не намерен осуждать тебя за это, так как сегодняшняя фантастика завтра часто становится реальностью. Разумеется, можно сказать, что свет и цвет существуют лишь в той мере, в какой мы их воспринимаем. Некоторые философы утверждают, что мир существует лишь в нашем сознании. Но это уводит нас от нашей темы, а мы должны сейчас заняться изучением света. Свет, который доходит к нам от солнца…
Н. — Сверкающий Феб (второе имя Аполлона как божества солнечного света) заливает нас белым светом, который, как доказал Ньютон, на самом деле состоит из излучений всех цветов.
Классический эксперимент с призмой позволяет разложить белый свет на непрерывный цветной спектр. Угол преломления зависит от частоты. Поэтому, проходя через призму, фиолетовые лучи в большей, а красные в меньшей степени отклоняются от своей первоначальной траектории. Между этими двумя крайними точками размещаются синий, голубой, зеленый, желтый и оранжевые цвета.
Л. — Я счастлив слышать, как ты сказал «непрерывный цветной спектр». Действительно, в полученной с помощью призмы полосе цветовые тона постепенно без четкой границы переходят один в другой (рис. 4).
Рис. 4. При прохождении через призму белый свет разлагается и дает непрерывный спектр цветов.
И лишь для удобства определенные участки этой полосы условно обозначают различными названиями (фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый и красный). Существование среди этих условных названий цвета «синий» объясняется лишь стремлением наших дедушек иметь семь цветов; цифра 7 играла известную роль в различных мистических рассуждениях. На самом же деле более обоснованно дать специальное название цвету, занимающему промежуточное положение между зеленым и голубым; это бирюза, но для его обозначения приняли английский термин «циан» (сине-зеленый). Как бы там ни было, мы имеем в спектре излучение всех частот в пределах указанных границ.
Н. — И перед нашими глазами появляются как на показ все возможные цвета?
Л. — Далеко не все. Ибо полученные с помощью призмы спектр или радуга (возникающая в небе тоже в результате преломления света на дождевых капельках) не содержат пурпурного цвета, который получается в результате смешения красного и фиолетового, этих двух крайних цветов спектра видимого света. Но этот пурпурный цвет существует лишь в нашем восприятии; он получается в результате одновременного восприятия красного и фиолетового излучений, соотношения между которыми, впрочем, могут изменяться в широких пределах.
Н. — А можно ли здесь, как и в радиотехнике, излучать не всю полосу частот, какой является солнечный свет, а только колебания одной частоты.
Л. — Такой результат можно получить, накаляя различные газы. Накаленные, газы дают прерывистый (линейчатый) спектр испускания. Так, например, используемые для уличного освещения мощные натриевые лампы излучают желтый цвет с длиной волны 589 и 589,6 нм, т. е. практически монохроматический, что позволяет лучше видеть.
Н. — Почему? Разве желтый цвет лучше воспринимается человеческим глазом?
Л. — Совсем нет. Максимальная разрешающая способность человеческого глаза приходится на желто-зеленый свет с длиной волны 555 нм. Но использование монохроматического света позволяет освободиться от явления хроматической аберрации.
Н. — Я никогда не слышал об этом искажающем явлении.
Л. — Как ты знаешь, Незнайкин, глаз можно уподобить фотографическому аппарату, где хрусталик играет роль объектива, а сетчатка — роль светочувствительного слоя. Только что говоря о призме, мы разве не отмечали, что коэффициент преломления изменяется в зависимости от длины волны?
Линзу или объектив, состоящие из нескольких линз, можно рассматривать как множество призм (рис. 5). Лучи здесь преломляются и собираются в одной точке, именуемой «фокусом».
Рис. 5. Схематический разрез глаза.
а — исходящие из одной какой-либо точки лучи разного цвета собираются линзой в более или менее удаленных фокусах в зависимости от частоты различных составляющих света;
б — хрусталик играет роль линзы. Изображение многоцветного предмета образуется в нескольких плоскостях, если аккомодация (достигающаяся изменением кривизны хрусталика) производится по зеленым лучам (к которым глаз наиболее чувствителен), зеленое изображение оказывается в плоскости сетчатки; синее изображение располагается впереди, а красное позади сетчатки. Это означает, что два последних изображения получаются нерезкими.