彩色的影子

黃連飛

影子無處不在，有光的地方就有影子，光在直線傳播過程中，遇到不透明的物體，物體后面光不能到達(dá)的區(qū)域，便形成了影子。平時(shí)，我們看到的影子總是黑色的，那有沒有彩色的影子呢？事實(shí)上，的確是會(huì)出現(xiàn)彩色的影子。那么在什么情況下影子才會(huì)變成彩色呢？ 這涉及到光的混合問題。

光的混合和顏料的混合

中學(xué)物理知識(shí)告訴我們，白光是由多種顏色的色光組合而成的，其中紅、綠、藍(lán)三種光稱為光的三原色，其他色光可以由這三種色光混合而成。與之相對(duì)的是顏料的三原色——黃、品紅、青，由這幾種顏色組成的顏料可以調(diào)配出其他絕大多數(shù)的色彩。

要理解色光的混合與顏料的混合原理，必須先對(duì)人眼視覺的生理特性作初步了解。

當(dāng)外界光輻射到人眼中時(shí)，會(huì)刺激視網(wǎng)膜引起視覺，因此物體的顏色既取決于外界光的刺激性質(zhì)，又取決于人眼的視覺特性。

人眼中有兩種感光細(xì)胞——桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞。其中桿狀細(xì)胞對(duì)亮度的靈敏度高，能分辨亮度的差別，而對(duì)顏色的分辨本領(lǐng)極差；錐狀細(xì)胞對(duì)亮度的靈敏度不高，卻能分辨顏色。在亮度較強(qiáng)時(shí)，主要靠錐狀細(xì)胞產(chǎn)生視覺作用，所以人眼能分辨出萬紫千紅的彩色世界；而在昏暗的場(chǎng)合，主要靠桿狀細(xì)胞產(chǎn)生視覺作用，因此人眼看到的物體無顏色之分，只有灰蒙蒙的影像。另外，人眼中有三種錐狀細(xì)胞，分別對(duì)紅、綠、藍(lán)三種色光最敏感，三種細(xì)胞在某種光的刺激下，分別產(chǎn)生不同程度的興奮，便產(chǎn)生相應(yīng)的顏色視覺。

由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象和分辨率的局限性，當(dāng)兩種不同的色光出現(xiàn)的間隔時(shí)間很短或兩種色光的發(fā)光點(diǎn)距離過近，人眼只能產(chǎn)生一個(gè)總體的刺激知覺，這便是視覺的時(shí)間混色效應(yīng)和空間混色效應(yīng)。

之所以光的三原色和顏料的三原色不同，是由于色光是直接作用于人眼，而顏料的色彩卻是一種反射光。因?yàn)轭伭媳旧聿话l(fā)光，顏料所呈現(xiàn)的顏色是它把入射白光中的該種顏料顏色成分的光反射或透射出去，而把其他成分的色光吸收掉的結(jié)果。人們將這兩種三原色分別稱為加色法和減色法。但實(shí)際上，很多人會(huì)把顏料的色彩混合和光的色彩混合混淆起來，所以才出現(xiàn)為何會(huì)出現(xiàn)彩色的影子這樣的疑惑。

制造彩色的影子

如下圖，假設(shè)同時(shí)用紅光和綠光兩種單色的色光從不同方向照向物體，兩種光都會(huì)在物體后形成各自的陰影區(qū)。當(dāng)紅光剛好照射到綠光所形成的陰影區(qū)域時(shí)，這個(gè)影子的區(qū)域就會(huì)呈現(xiàn)紅色；同樣綠光也會(huì)使紅光的陰影區(qū)域呈現(xiàn)綠色；而在紅、綠兩種色光同時(shí)照到的區(qū)域，由于色光的疊加，會(huì)呈現(xiàn)出黃色。同樣道理，若用其他不同的色光同時(shí)照射物體，光屏上的“影子”顏色自然也就不同。這樣，就出現(xiàn)了“彩色的影子”。

在一些科技場(chǎng)館，就有制造彩色影子的游戲：一面白墻的對(duì)面裝有三盞燈，分別發(fā)出紅、綠和藍(lán)三種色光。墻之所以看起來是白色的，就是這三種顏色適當(dāng)混合的結(jié)果。通過這三盞燈可以制造出七種顏色的影子：青、紫、黃、藍(lán)、紅、綠、黑。當(dāng)擋住三種光線中的一種時(shí)，另外兩種光線就會(huì)混合制造出青色、紫色或黃色影子。比如擋住藍(lán)光時(shí)，剩下的紅光和綠光混合成黃光。當(dāng)把手指伸到黃色光線中時(shí)，會(huì)看到紅色和綠色兩個(gè)影子。這是因?yàn)楫?dāng)手指擋住從一個(gè)方向來的紅色光線時(shí)，只有綠色的光線投在墻上形成綠色的影子；當(dāng)手指擋住由另一個(gè)方向來的綠色光線時(shí)，只有紅色的光線投在墻上形成紅色的影子。也就是說，當(dāng)物體擋住了一種顏色的光線時(shí)，在這種光線的陰影區(qū)還有另一種色光反射回來的光線，因此該陰影區(qū)顯示為這種反射光的顏色。只有當(dāng)所有的色光都被遮擋時(shí)，此時(shí)的陰影才顯示為黑色。