【科學哪裡來】 白光原來是七彩

文/胡妙芬  |2021.04.06
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約翰尼斯.馬爾西 1595~1667 捷克物理學家、醫生 圖/陳彥伶
「紅、藍、綠」是「光的三原色」,我們人眼可以區分的各種顏色,都可以由這3種色光依不同的亮度混合而成。但是畫畫時是根據「色彩的三原色」,混色效果跟光完全不一樣。圖/陳彥伶
美麗的彩虹是什麼?北歐人相信,彩虹是人間通往神的住所的橋;希臘神話則認為,彩虹是人與天神溝通的使者,當彩虹的化身伊麗絲(Iris)突然出現,背後就會顯現亮麗的七彩虹光。圖/陳彥伶
笛卡兒 彩光跟光線進入介質的深淺沒有關係,因為不管光是透過稜鏡的「淺處」或「深處」,在屏幕上出現的圖像都是一樣的!圖/陳彥伶
《科學史上最有梗的20堂物理課》親子天下出版
美麗的彩虹是什麼?北歐人相信,彩虹是人間通往神的住所的橋;希臘神話則認為,彩虹是人與天神溝通的使者,當彩虹的化身伊麗絲(Iris)突然出現,背後就會顯現亮麗的七彩虹光。圖/陳彥伶
羅伯特.波以耳 1627~1691 愛爾蘭自然哲學家 圖/陳彥伶
弗賴貝格在手稿上,畫出陽光進入水滴形成彩虹的光學現象,被譽為中世紀最大的光學成就。圖/陳彥伶
美麗的彩虹是什麼?北歐人相信,彩虹是人間通往神的住所的橋;希臘神話則認為,彩虹是人與天神溝通的使者,當彩虹的化身伊麗絲(Iris)突然出現,背後就會顯現亮麗的七彩虹光。圖/陳彥伶

文/胡妙芬

美麗的彩虹是什麼?北歐人相信,彩虹是人間通往神的住所的橋;希臘神話則認為,彩虹是人與天神溝通的使者,當彩虹的化身伊麗絲(Iris)突然出現,背後就會顯現亮麗的七彩虹光。

彩虹為什麼在古代這麼「仙氣」,好像不難推測:因為它形象美麗卻又來去無蹤,古人難以理解,只好編織神話解釋彩虹形成的原因;這種神話一般老百姓很容易買單,但是老愛打破砂鍋問到底的那一群自然哲學家們,當然不會輕易相信。

要是彩虹可以像蘋果或石頭一樣拿在手上,相信科學家們一定老早就細細研究,可惜的是,絢麗的虹光瞬間即逝;所以古代的科學家們只能推想──白光是一種「沒有顏色」的、正常的光;而彩虹呢?雖然耀眼奪目,卻是「不知為何發生變化」、「不正常」的光。

直到14世紀初,德國修士迪特里希.馮.弗賴貝格(Dietrich von Freiberg)才正式找到了彩虹的成因。他把裝滿水的玻璃瓶當成「放大的水滴」,在陽光中上上下下的移動位置,並透過幾何學,說明彩虹是陽光進入水滴後折射、反射、再折射後所形成的。

不過至於彩虹的顏色,他認為是光受到不同的「阻礙」所形成的;他把彩虹分成紅、黃、綠、藍4種顏色。

色光原理 各自表述



三百多年後,笛卡兒(Descartes)做研究反駁了弗賴貝格的論點。他讓陽光通過三稜鏡(prism,三角柱形的透明體,又稱為稜鏡),然後投射在屏幕上;結果笛卡兒認為:

彩光跟光線進入介質的深淺沒有關係,因為不管光是透過稜鏡的「淺處」或「深處」,在屏幕上出現的圖像都是一樣的!

接下來,幾位科學家包括馬爾西(Johannes Marci)、虎克(Robert Hooke)、波以耳(Robert Boyle),做出相關的實驗,並提出各自的解釋理論:

約翰尼斯.馬爾西

1595~1667

捷克物理學家、醫生

色光的產生是因為光受到不同物質的作用;比方說,紅色是濃縮的光,藍色是被稀釋的光。

羅伯特.虎克

1635~1703

英國博物學家、發明家、

物理學家

不同的顏色是光在視網膜上留下的不同印象。紅和藍是原色,其他顏色都是紅和藍混合或沖淡而成。

羅伯特.波以耳

1627~1691

愛爾蘭自然哲學家

光是許多小粒子。光粒子撞擊視網膜的速度不同,就會看到不同的顏色。

福報小學堂

同學問

光的三原色是「紅、藍、綠」,「紅」加「綠」會變成「黃」。但是我用水彩調色,紅加綠卻變成「褐」色!為什麼呢?

老師答:

嘿嘿,同學搞混了喔。「紅、藍、綠」是「光的三原色」,我們人眼可以區分的各種顏色,都可以由這3種色光依不同的亮度混合而成。但是畫畫時是根據「色彩的三原色」,混色效果跟光完全不一樣。而且光的三原色,是愈多的色光加起來愈亮,屬於「疊加型原色」;色彩的三原色卻是愈多顏色加起來愈暗,屬於「消減型原色」,以後別再弄錯囉。

本文摘自《科學史上最有梗的20堂物理課》親子天下出版

科學界對於光的組成和彩虹現象,一直沒有得到共識。但是這個時代,正是望遠鏡與顯微鏡問世的時代。人們用望遠鏡觀察天體、用顯微鏡觀察細胞時,影像的邊緣經常出現雜亂的彩色光影;這種惱人的現象刺激17世紀的科學家比幾世紀前的前輩們,更想知道色光出現的原理是什麼。它和彩虹一不一樣?有沒有辦法可以消除呢? (待續)

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