カタツムリ系@エンタメ・レビュー (ポップ・サイエンスはデフォルト)

映画・本・動画といったエンタメのレビューを友人に語りかけるように書きためています。映画は、おすすめポイントと大好きなカットに焦点。本や動画でポピュラーサイエンスやオカルトをエンタメとしてカバーしているのも特徴。

【光と色彩の科学】光の三原色と色彩の三原色は異なるそうです😊どうして夕日が赤く、雲は白く、虹は半円なのかが説明できるそうです😊

こんにちは、カタツムリ系です🐌

「光と色彩」なんて、結構ポップなタイトルです😊また、いつも目を通す書籍や映画も、なんかの問題意識があるというよりは、なんとなく気になったものをチョイスしています。

しかし、珍しく、今回は(とは言え、ちょっとユルイ)問題意識があってのことです。 

ムー的な知識を得るために読み進める物理系の中心的なトピックであるにも関わらず、毎回、ピンとこないものがあります。具体的には次のようなもの。

これらのトピックに、多少なりともヒントを与えてくれることを期待しての、本書↓

光と色彩の科学―発色の原理から色の見える仕組みまで (ブルーバックス)

光と色彩の科学―発色の原理から色の見える仕組みまで (ブルーバックス)

 

出典はアマゾンさん。

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【目次】

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光をめぐる「ピンと来なさ」について

  • ハイゼンベルグ不確定性原理→位置の特定と運動量の特定は同時に出来ないというが、何回聞いても、イマイチ、ピンとこない。微小なものを調べるために顕微鏡を使いますが、顕微鏡で利用する光の性質の理解がすこしでも進めば、このピンと来なさは解消される?!
  • アインシュタイン光電効果→光を物質に当てた時に、電子が放出されるわけですが、何度聞いても、光が波でも粒子でも、あまり差が無いような気がしています💦
  • プランクの黒体放射→よく参照される、波長とスペクトル密度のグラフの意味が、よく分からない💦
  • ファインマン量子色力学→内容はほとんど分かりませんが、ファインマンが注力していたそうなので、関心あり😊
  • コンプトンの散乱→とにかく、うまくイメージできていない💦

 

光と色彩の関係の基本

P-12

“光がなければ色彩はない”。光がなければ私たちは物を見ることができず、必然的な結果として、色彩を感じることもできなくなります。

これは納得。

 

光と色彩の関係の意外性

P-17

赤、緑、青の三色の光を混ぜると白色光になることが分かります。このことから、赤、緑、青を光の三原色といいます。これに対して色彩の三原色というものもあります(中略)赤、青、黄の絵の具を混ぜると黒くなるのです。この三色を色彩の三原色といいます 

これは初耳😊こんな違いがあるのですね。

  • 光と色彩の三原色の相違→違う要素は一つあって、光は緑、色彩は黄。
  • 光の三原色を混ぜると→白色光になる
  • 色彩の三原色を混ぜると→黒くなる

光と色彩は深い関係であろうとは想像つくものの、異なる存在であることもまた、容易に想像されます。そんな近くて遠い両者の違いは、ここらあたりにありそうですね。

 

しかし、なかなか期待のトピックが出てこない。ようやく(散乱」が。

P-132

空の光は、太陽の光が酸素や窒素の分子によって散乱された光なのです。散乱は反射の一種ですが、形の複雑なものに反射すると反射光が一定方向に収斂せず、いろいろな方向に発散します。このような反射を特に散乱といいます。

そうか。散乱とは、360度的な反射ですね。

P-132

その結果、散乱光は太陽の方向からだけでなく、あらゆる方向から目に飛び込んでくるので、空はどの方向を見ても明るく見えるのです。そして、空が青く見えるのは散乱光が青いからなのです。

散乱光が青いというのは、分子のエネルギーが高い、動きが大きいということ?しかし、散乱光は平均的に散りばめられた空気に存在するものだとすると、どこかチグハグ💦

P-132

光は粒子に衝突すると反射して散乱しますが、粒子が空気分子程度の大きさの時に起こる散乱をレイリー散乱といいます。レイリー散乱を起こす確率は光の波長の4乗に反比例します。

なるほど波長が長いと散乱の程度が高く、波長が短いと散乱の程度は低いのですね。しかし「4乗」との(反)比例関係なんて、初耳。

P-132

波長が長いと空気分子にぶつかっても反射せずに通り抜けてしまうのです。青い光(波長四百ナノメートル)と赤い光(七百ナノメートル)では、青い光のほうが、約十倍も散乱されやすいことになります。  

この効果は空気だけではありません。同じ流体である、水でも同様のようです。

P-133

そのため、空は青い光で一杯になり、青く見えるのです。ミスが青く見えるのも同じ原理です。光が水分子によってレイリー散乱されねいるのです。

 

問題意識の対象となっているトピックとは離れますが、楽しげなトピック

夕日が赤いのはなぜ?

P-133を編集

  • 夕日が見える頃には太陽の高度は低い↓
  • 地球の時点のせいで、観測地点は太陽からだんだん遠ざかるので、太陽光が通過する距離は長くなる↓
  • この間に青い光や緑の光は散乱されてしまう↓
  • 最後に残った橙や赤など、波長の長い光だけが私たちの目に届く😊

空気が青く見えるのは(波長の短い)青い光が散乱により拡散され(波長の長い)赤い光が逃げてしまうため。一方、このケースでは、長い距離の移動では、散乱されると、そこで弾かれるよう。なので、赤い光が残るんだそうです。

雲が白いのはなぜ?

P-134を編集

  • 雲が白いのも散乱が原因↓
  • しかし、青空のようなレイリー散乱ではなく、ミー散乱が対象↓
  • ここでは波長の選択性はなくなり、すべての波長にわたって散乱↓
  • なので、散乱光はすべての色が混じった白色になり、雲も白く見える

虹が半円なのはなぜ?

P-137

半円なのは、下半分は地面に隠れてしまうからです。

あれ、これは拍子抜け💦

 

最後に

冒頭に挙げた問題意識には、全然関係ありませんでした💦ムー的な、ちょっとオカルト、ちょっとスケール大き過ぎ、ちょっと非日常的なトピックは楽しいものです。しかし、こんな、でんじろうさん↓がカバー範囲とされているようなトピックもかなり楽しい😊

米村でんじろう サイエンスプロダクション

 

また、次回。

 

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