七彩阳光

洪唯佳

太阳光是最重要的自然光源，它普照大地，使整个世界姹紫嫣红，五彩缤纷。

在2017年颁布的《义务教育小学科学课程标准》中，要求学生掌握“太阳光包含不同颜色的光”这样的科学概念。而七彩阳光正是人眼所能看到的可见光的7种颜色，就让我们走进中国科技馆，动手操作，看一看多彩的阳光，体验光彩世界里的光和呈现在我们面前的缤纷色彩的关系。

在中国科技馆“探索与发现”A厅的“光影之绚”展区，就有这样2件展品——“分光实验”和“颜色屋”，展示的就是太阳光的七彩阳光，也解释了人眼是如何看到颜色的。

分光实验

伟大的科学家牛顿曾写到：“1666年初，我做了1个三角形的玻璃棱柱镜，利用它研究光的颜色。为此，我把房间里弄成漆墨的，在窗户上做1个小孔，让适量的日光射进来。我又把棱镜放在光的入口处，使折射的光能够射到对面的墙上去，当我第1次看到由此而产生的鲜明强烈的光色时，使我感到极大的愉快。”这就是著名的牛顿分光实验。通过这个实验，牛顿在墙上看到了1个彩色光斑，颜色的排列是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。牛顿把这种现象叫做光的色散，把这个颜色光斑叫做光谱。

牛顿做事非常认真，他观察到这种现象后并没有停止探索，他认为这个实验中看到的光谱是不纯的，为了获得很纯的光谱，他设计了1套光学仪器进行实验。这个实验装置由2个三棱镜组成，当白光进入第1个三棱镜被分解为七色光后，射向1个只有1条狭缝的挡板，通过调整挡板，使七色光中的1种透过狭缝。此时，调整挡板后的三棱镜，可以发现透过三棱镜的这一种光的颜色并没有发生变化。这说明，每一种单色的色光都是纯净的，三棱镜只是分解了光线，而不是改变了它的性质。我们所拥有的是一个具有多种颜色的太阳，而这些颜色为我们所见到的物体赋予了色彩。牛顿三棱镜分解太阳光的实验通过简单的实验手段，利用简单的实验器材，揭示了深刻的科学原理，这为他之后的光学研究奠定了基础。这个实验的成功，正是源于牛顿善于观察、勤于思考、勇于实践。

在后来的实验中为了方便取得光源，人们通常用白光光源替代太阳光。白光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等各种色光组成的，故白光叫做复色光。红、橙、黄、绿等色光叫做单色光。复色光分解为单色光的现象叫做光的色散。色散可以利用棱镜或光栅等作为色散元件的仪器实现。复色光进入棱镜后，由于它对各种频率的光具有不同折射率，各种色光的传播方向有不同程度的偏折，因而在离开棱镜时就各自分散，形成彩色的光谱。

在牛顿分光实验原理的基础上，中国科技馆设计了“分光实验”这件展品，它结合了艺术与科学两方面，深受观众喜爱。展品由光源、三棱镜、漫射装置等构成，除设置了传统的白色幕板显示七色的光区外，还设置了一个由单线体快速旋转形成的芭蕾舞者造型，七色光照射其上，会形成立体、半透明的七色光区效果。

操作过程中，首先利用按钮启动光源，白光经过三棱镜分光后形成七色光，投射到一个可上下移动白色幕板的盒子上。通过摇杆观众可操作白色幕板，当白色幕板在下方时，经过三棱镜分光后形成的七色光照射到白色幕板。当白色幕板向上移动时，盒子被打开，我们即可看到由单线体快速旋转形成的芭蕾舞者立体造型，美丽的七色光照射在其上，就好像为芭蕾舞者披上了一身七彩霓裳。

颜色屋

人眼是如何看到颜色的呢？人眼具有光的接收器，能够将光信号传递给大脑，大脑将光信号转变成颜色。光由人类眼球底部薄薄的一层被称为视网膜的细胞所接受，在视网膜上有两种感光细胞：杆状细胞和锥状细胞。杆状细胞只有1种，负责在亮度低时接受光；锥状细胞有3种，分别对应红色、蓝色、绿色。当我们看到光时，不同的锥状细胞会将不同的信息送向脑部。例如黄色，当有一道真正具有黄色频率的光线射入你眼睛时，并没有专门负责接收黄光的锥状细胞。但是因为黄色和绿色接近，也和红色接近，所以负责红色和绿色的锥状细胞会被激活，分别传送信息到人的脑部。又或者当红色和绿色光同时射入人眼，负责红色和绿色的锥状细胞同时被启动。所以对于大脑来说，红光加绿光就成了黄光。那为何人类无法在黑暗中辨别色彩呢？这是因为在低亮度的状况下，是由视网膜上的杆状细胞来感光，因为只有1种感光细胞，所以它只能送出1种信号：亮或者暗，所以没有办法使人眼看到颜色。

展项主要表现色光的混合原理，即色光的加法和减法原理。不同颜色混合在一起，产生新的颜色，称为混色法。混色分为加法混色和减法混色。不同的色光的混合，是遵循加法的原则，如红、绿、蓝三原色的光按一定比例混合起来，成了白光；红色光加绿色光照在白纸上，呈黄色；红光加蓝光混合呈紫色等。减法混色中存在光谱成分的相减，在彩色印刷、绘画和电影中就是利用减法混色。它们采用了不同颜色涂料，白光照射在涂料上后，光谱中的某些成分被吸收，而其他成分被反射或透射，从而表现出某种颜色。

颜色屋的墻壁是白色的，屋内摆放着各色物品：红色的沙发和果汁，绿色的茶几和灯罩，墙上分别是红、蓝、绿、白的“光影之绚”4个大字。房间内灯光的颜色会在白色、红色、蓝色、绿色之间变化，观众会看到家具、地板、墙壁上的字在不同颜色的灯光照射下，呈现出不同的色彩。

颜色不是物体固有的特性，而是光经过物体表面吸收和反射之后，我们只能看到反射的光。比如，红色不是苹果本身带有的，而是苹果表面将其他波长的光吸收掉，苹果表面反射的光的波长被我们的眼睛所接受，大脑识别是红色的，所以我们看到的苹果是红色的。因此，一个物体能显示白色是因为这个物体能反射所有的光，显示黑色则是因为它能吸收掉所有的光。