七彩陽光

洪唯佳

太陽光是最重要的自然光源，它普照大地，使整個世界姹紫嫣紅，五彩繽紛。

在2017年頒布的《義務教育小學科學課程標準》中，要求學生掌握“太陽光包含不同顏色的光”這樣的科學概念。而七彩陽光正是人眼所能看到的可見光的7種顏色，就讓我們走進中國科技館，動手操作，看一看多彩的陽光，體驗光彩世界里的光和呈現在我們面前的繽紛色彩的關系。

在中國科技館“探索與發現”A廳的“光影之絢”展區，就有這樣2件展品——“分光實驗”和“顏色屋”，展示的就是太陽光的七彩陽光，也解釋了人眼是如何看到顏色的。

分光實驗

偉大的科學家牛頓曾寫到：“1666年初，我做了1個三角形的玻璃棱柱鏡，利用它研究光的顏色。為此，我把房間里弄成漆墨的，在窗戶上做1個小孔，讓適量的日光射進來。我又把棱鏡放在光的入口處，使折射的光能夠射到對面的墻上去，當我第1次看到由此而產生的鮮明強烈的光色時，使我感到極大的愉快?！边@就是著名的牛頓分光實驗。通過這個實驗，牛頓在墻上看到了1個彩色光斑，顏色的排列是紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。牛頓把這種現象叫做光的色散，把這個顏色光斑叫做光譜。

牛頓做事非常認真，他觀察到這種現象后并沒有停止探索，他認為這個實驗中看到的光譜是不純的，為了獲得很純的光譜，他設計了1套光學儀器進行實驗。這個實驗裝置由2個三棱鏡組成，當白光進入第1個三棱鏡被分解為七色光后，射向1個只有1條狹縫的擋板，通過調整擋板，使七色光中的1種透過狹縫。此時，調整擋板后的三棱鏡，可以發現透過三棱鏡的這一種光的顏色并沒有發生變化。這說明，每一種單色的色光都是純凈的，三棱鏡只是分解了光線，而不是改變了它的性質。我們所擁有的是一個具有多種顏色的太陽，而這些顏色為我們所見到的物體賦予了色彩。牛頓三棱鏡分解太陽光的實驗通過簡單的實驗手段，利用簡單的實驗器材，揭示了深刻的科學原理，這為他之后的光學研究奠定了基礎。這個實驗的成功，正是源于牛頓善于觀察、勤于思考、勇于實踐。

在后來的實驗中為了方便取得光源，人們通常用白光光源替代太陽光。白光是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等各種色光組成的，故白光叫做復色光。紅、橙、黃、綠等色光叫做單色光。復色光分解為單色光的現象叫做光的色散。色散可以利用棱鏡或光柵等作為色散元件的儀器實現。復色光進入棱鏡后，由于它對各種頻率的光具有不同折射率，各種色光的傳播方向有不同程度的偏折，因而在離開棱鏡時就各自分散，形成彩色的光譜。

在牛頓分光實驗原理的基礎上，中國科技館設計了“分光實驗”這件展品，它結合了藝術與科學兩方面，深受觀眾喜愛。展品由光源、三棱鏡、漫射裝置等構成，除設置了傳統的白色幕板顯示七色的光區外，還設置了一個由單線體快速旋轉形成的芭蕾舞者造型，七色光照射其上，會形成立體、半透明的七色光區效果。

操作過程中，首先利用按鈕啟動光源，白光經過三棱鏡分光后形成七色光，投射到一個可上下移動白色幕板的盒子上。通過搖桿觀眾可操作白色幕板，當白色幕板在下方時，經過三棱鏡分光后形成的七色光照射到白色幕板。當白色幕板向上移動時，盒子被打開，我們即可看到由單線體快速旋轉形成的芭蕾舞者立體造型，美麗的七色光照射在其上，就好像為芭蕾舞者披上了一身七彩霓裳。

顏色屋

人眼是如何看到顏色的呢？人眼具有光的接收器，能夠將光信號傳遞給大腦，大腦將光信號轉變成顏色。光由人類眼球底部薄薄的一層被稱為視網膜的細胞所接受，在視網膜上有兩種感光細胞：桿狀細胞和錐狀細胞。桿狀細胞只有1種，負責在亮度低時接受光；錐狀細胞有3種，分別對應紅色、藍色、綠色。當我們看到光時，不同的錐狀細胞會將不同的信息送向腦部。例如黃色，當有一道真正具有黃色頻率的光線射入你眼睛時，并沒有專門負責接收黃光的錐狀細胞。但是因為黃色和綠色接近，也和紅色接近，所以負責紅色和綠色的錐狀細胞會被激活，分別傳送信息到人的腦部。又或者當紅色和綠色光同時射入人眼，負責紅色和綠色的錐狀細胞同時被啟動。所以對于大腦來說，紅光加綠光就成了黃光。那為何人類無法在黑暗中辨別色彩呢？這是因為在低亮度的狀況下，是由視網膜上的桿狀細胞來感光，因為只有1種感光細胞，所以它只能送出1種信號：亮或者暗，所以沒有辦法使人眼看到顏色。

展項主要表現色光的混合原理，即色光的加法和減法原理。不同顏色混合在一起，產生新的顏色，稱為混色法?；焐譃榧臃ɑ焐蜏p法混色。不同的色光的混合，是遵循加法的原則，如紅、綠、藍三原色的光按一定比例混合起來，成了白光；紅色光加綠色光照在白紙上，呈黃色；紅光加藍光混合呈紫色等。減法混色中存在光譜成分的相減，在彩色印刷、繪畫和電影中就是利用減法混色。它們采用了不同顏色涂料，白光照射在涂料上后，光譜中的某些成分被吸收，而其他成分被反射或透射，從而表現出某種顏色。

顏色屋的墻壁是白色的，屋內擺放著各色物品：紅色的沙發和果汁，綠色的茶幾和燈罩，墻上分別是紅、藍、綠、白的“光影之絢”4個大字。房間內燈光的顏色會在白色、紅色、藍色、綠色之間變化，觀眾會看到家具、地板、墻壁上的字在不同顏色的燈光照射下，呈現出不同的色彩。

顏色不是物體固有的特性，而是光經過物體表面吸收和反射之后，我們只能看到反射的光。比如，紅色不是蘋果本身帶有的，而是蘋果表面將其他波長的光吸收掉，蘋果表面反射的光的波長被我們的眼睛所接受，大腦識別是紅色的，所以我們看到的蘋果是紅色的。因此，一個物體能顯示白色是因為這個物體能反射所有的光，顯示黑色則是因為它能吸收掉所有的光。