Физика в быту

В тёмное время суток людям светила луна. Лунный свет – это не собственное излучение Луны, а отражение солнечного света, и он имеет почти такой же спектр, как солнечный, но в нём меньше синего и больше красного. Нашим же глазам луна кажется иногда серебристо-белой, иногда жёлтой. Мы позже ещё поговорим о том, почему цвета предметов не совсем такие, как можно было бы ожидать по спектральному составу их излучений. Например, цвет пламени костра вы воспринимаете как жёлто-оранжевый, а не красный, хотя спектр его теплового излучения лежит почти целиком в инфракрасной области, и только незначительная доля энергии излучается в видимом диапазоне, быстро убывая от красной его части к жёлтой.

Свет в жизни человека

Как вы думаете, почему мы воспринимаем как видимый свет именно такие длины волн (400–750 нм), а не иные? Тому есть ряд причин.

Во-первых, как мы видели на рисунке 11, именно в этой области частот наше Солнце излучает максимальную энергию (почти половину от полной энергии излучений). Естественно, эволюция устроила так, чтобы глаз наилучшим образом воспринимал тот свет, который преобладает в спектре главного светила.

Во-вторых, глаза не случайно невосприимчивы к инфракрасному излучению. Будь это не так, собственное тепловое излучение глаза, приходящееся как раз на инфракрасную область, полностью затмило бы приходящий извне свет, и работа глаза была бы невозможной. В этом одна из главных причин (к такому заключению пришёл знаменитый физик Сергей Вавилов). Кроме того, энергии инфракрасных фотонов недостаточно для возбуждения химического действия света в рецепторах глаза.

В-третьих, ультрафиолетовая граница видимой области тоже не случайна. Прошедший сквозь атмосферу ультрафиолет УФ-А и УФ-В почти полностью поглощается внутри глаза, особенно в хрусталике. И это прекрасно, потому что он представляет угрозу для сетчатки глаза. Кстати, хрусталик детского глаза более проницаем для ультрафиолета, так что глаза ребёнка требуют особой защиты.

Оконное стекло и обычное стекло очков частично пропускают ультрафиолетовое излучение. Для защиты глаз от солнечного ультрафиолета требуются очки со специальными покрытиями.

Рис. 12. Относительная чувствительность глаза к различным длинам волн при дневном (1) и ночном (2) зрении

Итак, мы разобрались, почему именно такие длины волн эволюция выбрала для нашего зрения. Но и в пределах видимого диапазона чувствительность глаза к разным длинам волн очень сильно отличается, что видно из рисунка 12. Там представлены так называемые «кривые видности» (чувствительности глаза) для дневного зрения (кривая 1) и ночного зрения (кривая 2). При дневном свете глаз лучше всего воспринимает жёлто-зелёный свет с длиной волны 555 нм, ведь именно на эту длину волны приходится максимум интенсивности солнечного света, прошедшего через атмосферу. Примем чувствительность глаза к свету этой длины волны за единицу. По мере удаления от этой длины волны относительная чувствительность глаза быстро падает. Так, из рисунка 12 (кривая 1) мы видим, что для красного света с длиной волны 660 нм чувствительность глаза равна примерно 0,1. Это означает, что требуется в 10 раз бóльшая интенсивность красного света, чтобы вызвать такое же зрительное ощущение яркости, как для жёлто-зелёного света.

Кстати, в этой «кривой видности» кроется ответ на вопрос, почему воспринимаемый цвет объекта не соответствует его реальному спектру. Глаз «умножает» интенсивность каждой присутствующей в спектре компоненты света на свой коэффициент – относительную чувствительность к данной длине волны. Например, в спектре пламени свечи интенсивность монотонно возрастает от синего конца к красному (рис. 13), а после процедуры умножения на функцию видности получается максимум в жёлто-оранжевой части, и мы таким и видим пламя. При равной чувствительности глаза ко всем длинам волн пламя воспринималось бы тёмно-красным. Такой же «трюк» глаз проделывает со спектром лампы накаливания (он похож в видимой области на спектр пламени свечи), в результате чего её свет нам кажется жёлто-белым вместо красного.

Для сумеречного зрения максимум чувствительности глаза приходится на длину волны 507 нм – это зелёный цвет (кривая 2). В темноте мы лучше воспринимаем сине-зелёную часть спектра. Замечали, что в сумерках зелёные листья видятся более светлыми, а красные цветы кажутся совсем чёрными? Цвета же предметов мы в сумерках и вовсе не различаем (как говорится, в темноте все кошки серы). Почему? Об этом поговорим дальше.

Рис. 13. Спектр пламени свечи в видимом диапазоне