(原创)[短小精悍系列]为什么蓝色光比红色光看起来更刺眼?而日常生活中反而说绿色和蓝色更柔和?

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  大家平时都听说过这样一种说法,绿色和蓝色比较柔和,舒缓。可事实上,物理学似乎'打脸了'这一说法。
  其实再仔细想想,会发现这种说法是'完全错误'的,因为大家平时也肯定认为,红色光和黄色光(暖色光,街灯)比较柔和,不伤眼(如护眼台灯),而白色光和蓝色光看起来比较刺眼甚至疼痛的感觉。这究竟是为什么呢?为什么同一个问题会有两种截然相反的答案呢?

  物理上,众所周知,红光频率最低,而蓝紫光频率最高。这是一个铁板钉钉的事实,一个推不翻的结论。的确,蓝紫光实际观感上确实更刺眼一些。这里指的是主动发光的颜色,而不是日常生活中物体反射光的颜色。

  日常生活中说的绿色和蓝色'柔和',指的是反射强度和心理因素问题,太阳光谱的色温大概6500K,属于白光。太阳光谱的色温大概6500K,属于白光。但是,白光并非我们想象的,七色光比例相等,其实七色光的比例非常不平等。
  根据黑体辐射的普朗克公式计算后,我们可以画出一幅函数图像,就是光谱中能量比例和频率的分布图。可以肯定的一点是,6500K的光谱分布,黄光区域能量大于蓝紫色光区域,并非处处相等。

  下图为太阳光谱能量分布图(6500K)。图中黄色线条附近为黄光范围,蓝色区域为蓝光范围,两端分别为红外区域和紫外区域。可以发现,黄光能量接近峰值,而蓝光能量则较低。

  这也就解释了为什么日常生活中见到的物品(反射光),基本上黄色都很亮(吸收了比重最小的蓝光),而蓝色比较深(吸收了比重大的黄光)。而且蓝色物体可能不仅仅只吸收红光和黄光,甚至连眼睛最敏感的绿光也吸收,这样得到的蓝色自然更深了。
  而且我们知道,在光学中,黄色由红色和绿色加和而得,所以黄色物体只能吸收蓝光,而不能吸收绿光,不然颜色就变成橙色或者红色了。所以我们生活中看到的大多数黄色物体,也并非是只反射单一的黄光,而是从红色到绿色全波段地反射,把人眼敏感的频段都包括进去了,所以亮度自然而然的就大了。
  此外,日常生活中,绿色主要是天然植物的颜色，蓝色主要是天空和大海散射的颜色,这些事物都给人放松,开阔,平静,享受的感觉,所以会觉得柔和。不过,就像前面所说的一样,不要把主动发光和物体反射光弄混淆了。这里指的其实也是反射和散射的颜色。

  所以,所谓的绿色和蓝色'柔和',95%的情况指的是物体反射光的颜色,而不是真正的单色光,关于反射光和发光的问题,我在前一篇文章中提过,大家可以看看。
  链接:(原创)[短小精悍系列]为什么生活中黄色物品给人感觉较亮,而蓝色物品给人感觉较深?其实你只看到了表象 - 固态二氧化碳的博客 - CSDN博客

  真实情况是,LED灯的红色,黄色,白色和蓝紫色中,红光和黄光虽然衍射能力比较强,远处更容易看到,但是比较柔和(暖色光,街灯),白色比较刺眼,蓝紫色则相当刺眼,甚至看了会导致眼睛疼。登山,极地里常见的雪盲症其实主要就是由于反射白色和蓝紫光造成的眼睛损害。雪地反射光能力强,而且对偏向高频的蓝紫光反射能力尤其强,所以雪地除了白色,还总是带一点点蓝紫色,就是这个原因。电焊光和紫外线灯看的疼也是一个道理,不信你看看电焊和紫外线的蓝紫色,就会感到很不舒服,甚至眼睛发炎。这不仅仅是光强的问题,更主要的是高频的蓝紫光在'作祟'。如果没有它们,顶多是比较亮罢了,休息一下眼睛就好了,不至于造成眼睛在几天后还会疼,发炎的症状。
  众所周知,红光频率最低,而蓝紫光频率最高。这是一个铁板钉钉的事实,一个推不翻的结论。恒星也是遵循一样的道理,温度低的小型恒星呈现出红色,温度适中的中型恒星(如太阳)呈现出黄色,温度较高的恒星呈现出苍白色,而温度极高的大型和巨型恒星呈现出亮蓝色。这也是铁一般的事实,天文爱好者都知道的一个常见现象。这个现象在物理学中称作'色温',也就是显示器和台灯中常见的'K值'。所以啊,物理有时候和生活经验,还真的是不一样的啊!

  所以,频率才是对眼睛伤害的'元凶'。所以我们现在常常能听说'蓝光危害',就是这个原因。物理学上有一著名公式,即普朗克发现的,量子力学里面的E=hv,指的是频率(v)越高(越冷)的光,其单个量子能量(E)更大。不过这一公式不仅仅适用于光,也适用于一切电磁波,包括无线电波和X射线。能量大,对眼镜的伤害就大,如紫外线,就可以达到电离分子的作用,伤害眼睛细胞,造成病变,严重时甚至可以损坏DNA,造成基因突变以至癌变。这就是紫外线杀菌的机理,也是为什么生物学上可以用紫外线照射植物,使其发生基因突变,培育新品种的原因。

  至于红绿灯为什么用红色表示警示,停止,是另外一个原因,红光波长长,衍射能力强,在雾天传得更远,虽然也是物理学范畴,但是它和之前说的频率能量,亮度,没有任何关系。(告诉你个小秘密,其实在光度学上,人眼最敏感的光是绿光,日常生活中的红灯为了亮度达到最大化,也是选择了离橙色更近的630nm左右的红光,而不是波长更长的红光,因为红光波长一旦超过700nm后,其亮度会显著降低,虽然衍射能力更强了,但视觉效果也变差了,而且最重要的是,其色相变化也不大,630nm的红色也并不比700nm的发黄很多,所以选择630nm的光作为红灯是波长与视觉效果的权衡,是再明智不过的选择了!)
  采用红灯还有另一个原因,红色类似血液的颜色,可以产生危险警示作用,不过那不属于物理学范畴,而是心理学范畴。牛马猫狗这些动物根本就看不到红色,它们认为这是棕绿色,红色对它们的心理作用没有那么显著。很多动物辨色能力都很差,只有像比如灵长类,鸟类,鱼类等动物要好一些。因为哺乳动物的祖先通常是夜行动物,为了在夜间偷袭,它们进化出了更强大的夜视能力,而舍弃了白天的色觉辨识能力,因为夜视能力强的哺乳动物到最后被自然选择,生存下来了。
  而人类的祖先灵长类动物们经常采摘植物果实为食,为了能够更好地区分成熟果实与生涩果实,新叶与枯黄树叶的颜色,需要更佳的色觉能力,正巧一次偶然的基因突变,原来的绿色感光细胞发生了分化,进化出了一条全新的红色感光细胞,从而能够区分植物的不同颜色,这一点对于获取新鲜食物十分重要,因此那些区分颜色能力强的灵长类动物拥有更大的生存优势,这个基因变化也被遗传了下来。所以我们人类能够很容易地将红橙黄绿之间的颜色区分开来,尤其是对红色非常地敏感,我们可以把我们自己血液的颜色和绿草地的颜色区分得一清二楚,而不至于发生混淆,这也是一种极大的生存优势。所以这就是达尔文进化论,自然选择的结果。


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