颜色——从光而来
你曾试过在漆黑的房间中觅路吗?你曾试过紧闭眼睛从事日常的工作吗?也许你会发现这是相当危险的。能够看到光是一种真正的纾解!上帝所感示的圣经说得多么不错,“光本是佳美的,眼见日光也是可悦的。”——传道书11:7。
太阳是我们的光的主要来源。每日的每秒钟它都将四百万吨的物质化为能。这种能以每秒钟186,000哩以上的速度从太阳表面向四面八方射出!可是这些放射物的性质是怎样的呢?它们怎样使视觉成为可能呢?它们怎能使人看得见这么多种颜色呢?
太阳放出的东西
从太阳而来的放射物称为“电磁能”或“辐射线”。辐射线时常被看作一道微粒之流。但同时它也被视为以波浪形式进行。对于这种看来矛盾的现象,摩尔教授评论说:“光线之不愿被纳入单一的画框中乃是自然哲学中最令人困惑的难题之一。”
从太阳而来的一切放射物,包括光在内,虽然以同等速度进行,却不是一切尽都相同。其中分为许多种。有几种辐射线的波度极长,可能以哩计算。有些则波度极短,其微小之处仅有百万分之一寸,甚至十亿分之一寸。
波长较长的辐射线包括热波和极长的无线电波。从太阳而来的较短辐射线是紫外线、X光、加玛线和极短的宇宙线。但其中没有一种能为人目所见,因此它们有时被称为隐形光线。可是,在较长的热波和较短的紫外波之间均有一道极狭的波长光带可为人目所见。因此从宇宙线至无线电波和电流的波长中,我们在宽阔的波长分光谱里只见到一条极狭的光带。
到达地球的辐射线
大阳向地球放出的一切辐射线并非全部都能到达地球,因为地球的大气层发生盾护的作用。到达地球的大多数是显形光波和有限范围的隐形波辐。我们多么庆幸有大气层可以阻挡大部分的隐形辐射线,否则它们若到达地球便会将我们所有人都杀死了!
在另一方面,我们可以为这么丰富的显形光线能够照射地球而感激。植物从光吸收能量,将二氧化碳和水化成单糖作为一切食物的基础。若没有从光而来的能量,植物便不能生长,也没有生物可以活在地球上了。
赋予颜色的波长
可是光线对我们的益处绝非至此为止。它使我们能够看见各种悦目的颜色和美景。令人惊讶的是赐予我们光和色的显形波长带的范围竟是这么狭窄。这种波长仅包括从波峰至波峰约长一寸的百万分之三十二(在我们眼中看起来是红色)以至一寸的百万分之十六(看来是紫色)!
这些射线以光速进行,射入我们眼中的数目是每秒钟从三百七十五兆至七百五十兆条光波。这种震动在人类视觉系统上成为光,所见的颜色则随震动频率而定。
光的许多颜色
我们若说光是从种种不同颜色构成的,你会觉得奇怪吗?你以为它是全部白色的吗?不错,它通常在我们眼中看起来是白的,因为所有显形辐射线的波长都是一起进行的。它们是没有分开的。但波长被分开时,我们便能看出个别的颜色了。
你有时可以自己察看一下。你可以将一只长寿唱片映在光中察看那充满小沟的表面。光线会分散开来而显出光线的不同颜色。也许你可能在一场风雨之后留意到空中的小水点在阳光中幻成各种基本颜色——紫、蓝、绿、黄、橙和红——而产生一条美丽的彩虹。
这并不是说光只能分成这几种颜色。实际上它可以分裂成几万种不同的波长,各自产生基本颜色的不同色彩或深浅!可是,一种光波和颜色与另一种光波在长度上十分相近时,肉眼便无法加以分辨。
研究透露人的肉眼在显形的光中可以分辨大约128种深浅不同的颜色。但即使要分辨这么多种颜色也必须在银幕上映出一个光波长,以及在它移动之前,在旁边映出另一个与此差不多的波长才可以识别。只有借着视觉上的比较才能使眼睛在显形的光中认出一百种以上的颜色。
一切颜色的来源
你试将眼睛从书页移开一会,就近看看周遭的东西——也许是书柜、书桌或甚至地板。你看到这么多的不同颜色岂不感觉惊异吗?可是这一切颜色是从那里来的呢?
颜色并不存在于书桌、地板或你所看的各种东西上。诚然,你也许谈及这些东西是某种颜色的。但事实的真相是,我们并不是住在一个有颜色的东西的世界里。物体的颜色其实是在照射于它们之上的光线里。光是色的唯一来谅,没有光则甚至最模糊的颜色也不存在。
看见光
可是我们怎么能看见许多种不同波长和颜色的光呢?
光在空间进行时是不能看见的,它们与无线电波和其他辐射线同样地看不见。使光在眼前显现的乃是它所落在的物体。
举例说,我们若处于一个没有微尘或空气的房间中便不能看见电炬亮着。光线在真空中是隐形的。因此太空人在太空从窗口外望可以看见明亮的太阳,但天空是黑暗的。黑暗便是无光无色。太阳之没有使太空亮起来是因为太空中没有东西可以接受阳光照射。我们唯有在光波射中物体而反映到我们眼中时才能看见光。
那末,什么使物体呈现某种颜色呢?为什么大多数植物都是绿色,而天空通常是蓝色呢?何以黄昏时候的天际转成蓝色或红色呢?
在空中产生颜色
我们的天空充满空气、水蒸汽和尘埃微粒。在以上我们会指出大气层像个盾般挡住致命的辐射线。它像一面巨型镜子一般将这样的辐射线大部分反射入太空中。可是,光却能透过这个盾,但在进行之际有些光波被空气微粒所冲散。由于微粒的大小,较短的蓝色光波被冲散远较其他光波为多。于是天空遂呈现蓝色。
可是当太阳接近地平线时却可能产生不同的现象。接近地平线角度的阳光穿越充满尘埃的大气层时转而冲散较长的光波,于是使天空呈现深橙色和红色。例如1883年在克拉加吐亚火山大爆发之后,灰尘微粒上冲霄汉,全世界都欣赏到日出日落时的奇美颜色。
大部分的颜色如何产生
可是,若干光波的散乱并不是产生颜色的主要方法。大多数物体呈现的颜色都是它们吸收某种光波以及将其他光波反映出来的结果。
例如,大多数植物和树木墨绿色是由于色素分子在叶绿素中的特别安排。阳光落在叶绿素上时,大部分较短的紫色和蓝色光波和较长的红色光波被吸收进去。这些光波被植物和树木用来制造食物。但绿色光波却被反映出来,因此在我们眼中植物和树木遂呈绿色。
人造物体例如漆油、染料和墨水的颜色均以同样方法产生。它们的色素分子吸收某种波长——或者可以说它们减去狭窄光带的某些部分。然后它们将没有吸收或减去的部分反映出来。因此,反射波长的混合——意即不被吸收的一切颜色光波的混合——形成了我们所看到大部分物品的颜色。
因此红衣之所以红是因为染料吸收或减少其他波长以及将红光反映出来。沥青之所以呈黑色是由于它的色素分子吸收所有波长,以致反映出来的光极之稀少。在另一方面,我们所看见的白色物体是因它将一切颜色的光波平等地反映出来,以致混成一片白色。
色素其实最低限度反映一切颜色的某些波长。在理论上,倘若两种颜色各自反射一种波长,混和起来便应该变成黑色。但在事实上我们可以将蓝色和黄色的漆油混和变成绿色漆油。这是因为蓝色漆油反射绿色的光,而黄漆油也反射绿色的光。当它们混和起来时,蓝光被黄色素吸收,黄光也被蓝色素所吸收。余下的是共同反射的绿色,于是遂产生绿色漆油!
光的混合在我们周遭事物反映出来的种类之多的确出乎我们想象之外。既然没有一种波长会被完全吸收,于是我们遂看见周遭的世界五光十色。据估计现有的颜色达一千万种之多!
物体颜色的一个因素,除了它对光线的吸收和反射作用之外,是光本身的性质。阳光的能量平均分配在一切颜色中,但人造光线却不然。商店所用的荧光灯蓝光甚强。可是,白热灯泡却缺乏蓝色波长而射出黄光。这可以影响到你选购的物品。
例如,你也许在商店的荧光灯下购买一袭红衣。但在外面的阳光下,你可能惊异地发现那件衣服其实红得多。这乃是因为荧光灯所产生的主要是蓝光,以致没有产生充分的红色波长给衣服反射。或者,在一间用白热灯泡的商店里,你以为买的是套黑色衣服。但你去到外面阳光下时竟发现它是蓝色的!这是因为商店里的白热灯没有产生蓝色波长给它反射,由于这套衣服吸收其他所有波长,于是看起来便呈黑色了。
产生颜色的其他方法
可是,产生颜色还有另一个重要方法,这便是物体的表面结构。许多生物呈现十分美丽的颜色是由于它们的身体能将光分为各构成部分的缘故。
例如,请想想一只蝴蝶,从上面看起来是铁青色的,但沿着翅的表面看去却是深红色。两种不同的颜色是由于充满细小槽沟的翅面将光线绕射的结果。这是可以实验的。若将软蜡压在蓝翅上,蜡便会呈现蝴蝶的颜色。可是若将蜡面抹平,颜色便会随之消失!
不错,光的确赐给我们许多美好事物。生命本身便有赖于来自太阳的辐射线去维持。可是我们从光获得的千百种美丽颜色是多么奇妙的一项余荫!我们应该为这些祝福感谢谁呢?当然是感谢伟大的造物主。不错,要感谢“使白日发光的耶和华。”——耶利米书31:35。