梁健輝願您安息
2019年2月23日 星期六
2017年4月16日 星期日
哥德色彩論
哥德是一位出生於德國的偉大作家，他的代表作有浮士德﹑少年維特的煩惱等。哥德除了是一位作家外﹐他對自然界的色彩亦有濃厚的興趣。他不認同牛頓對光和顏色的理論﹐在1810年出版了"色彩論"，以反駁牛頓的理論。他認為不同的顏色是亮和暗這對立的二極相互作用的結果。從現今的知識來看﹐當然是錯誤的。但是﹐他對光的觀察還是有他細緻的地方。
我認為光是只由三色組成的﹐並不認為光是如牛頓所解釋的由七色以上所組成的﹐亦不是如哥德所說色彩是亮和暗相互作用的結果。以下將會嘗試以此解釋哥德所觀察到的現象。
1. 當哥德透過三稜鏡望向一大塊白色的牆時﹐只看到一片空白。若白色的牆有黑色的區域時才會看到不同的顏色。
Along with the rest of the world I was convinced that all the colors are contained in the light;
no one had ever told me anything different, and I had never found the least cause to doubt it,
because I had no further interest in the subject.
But how I was astonished, as I looked at a white wall through the prism, that it stayed white!
That only where it came upon some darkened area, it showed some color, then at last, around the window sill all the colors shone…
It didn’t take long before I knew here was something significant about color to be brought forth, and I spoke as through an instinct out loud,
that the Newtonian teachings were false. —Goethe
首先解釋當白色需要黑色區域才能看見不同的顏色﹐將一小張的白色的四方形卡紙放在大張的黑色卡紙上。當透過三稜鏡望向這一小張的白色四方形卡紙時﹐可以看到以下現象。
我認為光是只由三色組成的﹐並不認為光是如牛頓所解釋的由七色以上所組成的﹐亦不是如哥德所說色彩是亮和暗相互作用的結果。以下將會嘗試以此解釋哥德所觀察到的現象。
1. 當哥德透過三稜鏡望向一大塊白色的牆時﹐只看到一片空白。若白色的牆有黑色的區域時才會看到不同的顏色。
Along with the rest of the world I was convinced that all the colors are contained in the light;
no one had ever told me anything different, and I had never found the least cause to doubt it,
because I had no further interest in the subject.
But how I was astonished, as I looked at a white wall through the prism, that it stayed white!
That only where it came upon some darkened area, it showed some color, then at last, around the window sill all the colors shone…
It didn’t take long before I knew here was something significant about color to be brought forth, and I spoke as through an instinct out loud,
that the Newtonian teachings were false. —Goethe
首先解釋當白色需要黑色區域才能看見不同的顏色﹐將一小張的白色的四方形卡紙放在大張的黑色卡紙上。當透過三稜鏡望向這一小張的白色四方形卡紙時﹐可以看到以下現象。
而這一現象我將它解釋為白光中的紅綠藍穿過三稜鏡時經不同的折射率所得出來的結果。
白色的四方形卡紙只有紅光反射的情況。
白色的四方形卡紙只有紅光及藍光反射的情況。
最後加上綠光的反射﹐便能得到哥德所觀察得到的現象。
由此可見﹐若透過三稜鏡望向一大塊白色的牆時，必須要有其他顏色的存在，未必一定要黑色區域的存在，否則是不可能看到色散的現象。
由於哥德用三稜鏡望向一大塊白色的牆時看不到任何其他色彩，而當黑色區域存在時才能看到其他色彩，所以他得出了看到其他色彩是由於亮和暗相互作用的結果。
2. 哥德做了將光譜映照在一張白色卡紙，並增加白色卡紙與三稜鏡之間的距離的實驗。當增加白色卡紙與三稜鏡之間的距離時，哥德發現淺藍色與黃色會慢慢接近，當淺藍色與黃色重疊時便會見到綠色。
我嘗試做了哥德所做的這一個實驗，淺藍色與黃色的確會隨着白色卡紙與三稜鏡之間的距離增加而慢慢接近。從結果來看，也不能說哥德所說的是全部都錯，但綠色出現並不是因為淺藍色與黃色重疊，
應該是白光中的紅綠藍光慢慢分散而成。當白色卡紙與三稜鏡之間的距離增加到一定距離時，綠光不再與紅光及藍光重疊時，我們便能看到光譜中的綠光。
當一束光線穿過三稜鏡時可以得出
當兩束光線穿過三稜鏡時可以得出
當三束光線穿過三稜鏡時可以得出
如果光只包含三色，則最終可以得出
如果將這一個想法套用到哥德所做的實驗。下圖是三稜鏡與白色卡紙的距離由近至遠所看到的現象及它所對應的光穿過三稜鏡的位置。
結論:雖然哥德的理論不太科學，但他對於光的觀察並非一無是處。
2015年2月22日 星期日
牛頓三稜鏡實驗的疑問
根據牛頓三稜鏡實驗的結果，白光可以分散為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫順次連續分布的彩色光譜。而同時，紅、 綠、藍可以組成其他顏色，紅色和綠色光重疊可令眼睛看到黃色，而綠色和藍色光重疊可令眼睛看到青色。剛好紅色和綠色光重疊可令眼睛看到橙色和黃色，而橙色和黃色出現在紅光和綠光之間，如何證明光經過三稜鏡後所看到的橙色和黃色不是由於紅光和綠光重疊而令眼睛看到橙色和黃色，牛頓做了另一個實驗，當光經過第一個三稜鏡後，以另一個三稜鏡分散黃色光，得出黃色光不可以再分散這一結果。
不過，這一結果受到了當時另一個意大利科學家的質疑，Giovanni Rizzetti 做了相似的實驗，結果得出了不同的結果。當黃光經過第二個三稜鏡後，分散成紅色，綠色及紫色，而黃色光消失這一個跟牛頓實驗完全相反的結果。 (1)
另外，試想像當一束光線進入三稜鏡，可以得出以下結果。
當兩束不同折射率的光線進入，可以得出以下結果。
當三束不同折射率的光線進入，可以得出以下結果。
Image credit: Adam Hart-Davis.
另外，一些太陽光經過三稜鏡的圖片亦可以看到三色重疊圖案。
可看到看似三個圓形重疊
還有一個較為簡單的三稜鏡實驗，準備一張黑色的卡紙，將不同色彩的三角形色紙放在黑色卡紙上，透過三稜鏡去觀察這張色紙的話，如果是一張白色的色紙的話會看到三個三角形重疊的圖案，而這個圖案看起來就像紅、綠、藍三種色光重疊一樣，黃色只出現在紅色和綠色重疊的部分。 (3)
以下是普通白色燈光的結果
以下是太陽光的結果
可以看到基本形狀相似
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