镜子的颜色是怎么形成的(镜子是什么颜色的)

镜子的颜色是怎么形成的(镜子是什么颜色的)(1)

我是谁?我在哪儿?我为什么要问这个问题?图片来源:pixabay很多人每天都会照镜子,然而对这么一个常见且常用的物品,它的颜色却众说纷纭。银色、白色带绿、黑色……这些截然不同的说法分别有什么科学依据呢?如果把镜子当成一件普通的物体看待,一个有趣的问题就产生了:镜子是什么颜色的?可能有人觉得,镜子没有颜色,你用它照什么它就是什么颜色。还有人觉得,镜子不就是银色的吗?在生活中可以这样说,但要较真起来,这两个答案都有问题。为了探究“镜子是什么颜色”,我们首先要了解什么是颜色,以及镜子的颜色来源何处。Part.1 由光到色我们看到的每一样东西,都是因为它发出的光进入我们的眼睛,经过眼球结构的折射投影在视网膜上,由感光细胞把光信号转化为电信号,再通过神经传入大脑,最后由大脑的视觉中枢加工成像。我们看到的不同的颜色,其实对应着各种波长可见光的不同组合方式。负责识别不同光线波长的是视网膜上的视锥细胞。大部分人有3种不同的视锥细胞,它们分别对波长较短的蓝光、波长中等的绿光和波长较长的红光敏感。3种的信号不同强度的组合,被大脑加工成了丰富颜色。不过,以上是人类“看到”颜色的方式,并非 “理解”颜色的方式。见到秀美的山水,你一定不需要想“那里有多少蓝光、多少绿光、多少红光”,而是会说“远山是灰蓝色、江水是深绿色”之类。这样的表述反映了我们理解颜色的三个维度:色相(hue)、饱和度(saturation)、和明度(value)。色相的区别如蓝与绿,对应主要的光的波长;饱和度的区别如蓝与灰蓝,对应光的复杂程度;明度的区别如浅绿与深绿,对应光波的振幅。你或许发现了,红橙黄绿青蓝紫的可见光谱上并没有白光,所以白色并不是一种色相,但白色可以是一种颜色。足够强度的多种色光混合后,形成了一种没有突出色相、饱和度低、明度高的颜色,在我们的大脑看来,它就是白色。太阳光就是一种白光,它包含了可见光谱中所有波长的光。物体被白光照射时,会吸收一部分波长的光、反射一部分波长的光,这些反射光的颜色就是我们通常所说的物体颜色。为什么要强调“被白光照射”呢?想象一个极端的情境:一辆蓝色的车,它可以吸收除了蓝色之外所有其他波长的光,如果黑夜中唯一的路灯刚好只能发出红色光,就会被车身完全吸收,从而使这辆车看起来是黑色的。可见,颜色并非物体的固有属性。但是除非故意抬杠,我们仍然会说“那儿停着一辆蓝色的车”,因为我们通常所说的物体颜色是针对白光而言的。回到“镜子是什么颜色”的问题。常见的玻璃镀铝或镀银的镜子可以反射几乎所有光。当白光照到镜子上时,反射光自然是白色。因此,我们可以说镜子是白色的。“用镜子照什么它就是什么颜色”之所以不是一个好答案,是因为它忽略了我们通常在白光的条件下讨论物体颜色。不过,“白色”这个答案还不够完美。用于制镜的金属铝或银的反射光没有特别的偏色,但别忘了,这层金属前面有一层玻璃,而常用的硅玻璃吸收绿光的能力最弱。2004年的一项物理研究发现,镜子的反射光谱的最大值在波长495到570纳米之间,相当于绿色。也就是说,镜子是白色中带着一点点绿色的。平时这一点绿色调很难被察觉,但是当我们把两面镜子相对放置,让光在它们之间不断地相互反射,这种绿色调就会变得明显。这种装置被称为“镜子隧道”或“无限镜”。在镜子隧道越深的位置,可以很明显地看到颜色越暗、越绿。Part.2金属之“色”我相信一定有人不能接受“镜子是白色(偏绿)”这个答案。(其实我也不太能)你可能在想:一面镜子看起来明明和一堵白墙或一张白纸完全不同,镜子这样的不叫银色吗?我们先来看看“银色”是什么。在一些标准颜色表中有“银色(silver)”这个名称,比如Web颜色表中的#c0c0c0:是否和你想的银色不太一样,感觉只是普通的灰色?那这样呢:现在是不是有一点银色的感觉了?但我没有改变色值,只是加了渐变效果而已。可见,我们在生活中所说的“银色”,并不是一种真正的“颜色”,而是灰白色带有光泽的状态。金色等金属色也是同样的道理。我们在初中物理课上学过,物体对光的反射分为漫反射和镜面反射,它们都符合反射定律。发生漫反射时,入射光在物体粗糙的表面或内部结构中改变方向,反射光方向不定。在白纸、白墙表面发生的反射就属于漫反射。而发生镜面反射时,入射光被规律地反射,平行光的反射光方向依然平行。镜子是一个极端的例子,因为镀在玻璃表面的铝或银极其光滑,几乎所有的光都被镜面反射,因此可以照出清晰的影像。想想打磨铜镜的过程,使金属越来越平整、表面发生的镜面反射变多,就能达到光可鉴人的效果。金属的光泽感,就是由发生在其表面的反射中镜面反射的部分带来的。所以,“白色”的镜子与白纸、白墙在视觉效果上的区别,只是因为反射的模式不同。镜子的“银色”并非有别于白色的特殊“颜色”,而是指镜面反射带来的金属光泽感。为什么金属表面能产生格外闪亮的光泽呢?这是一个复杂的问题,大致解释一下的话,与金属的微观结构有关。我们在化学课上学过,金属单质由原子构成,离原子核最远的电子往往脱离原子核的束缚,成为自由电子。自由电子会在金属表面附近形成带负电的等离子体(plasma),它有自由移动的能力,是一团自由电子气。而电磁波可以改变其中电荷的分布。可见光作为电磁波,照射到金属表面时,会使电子构成的等离子体产生震荡。等离子体会因此产生另一个与入射的电磁波反向的电磁波,也就是反射光,这个过程的能量损失不大,因此金属的反射光可以很亮。如果入射光的频率相对较低,如可见光和红外光,电子的运动速度可以与之匹配,入射光就能被金属反射;但如果入射光的频率太高(如紫外光),电子无法匹配它的速度,金属就会被光线穿透。不同种类的金属反射光线的能力不同。比如银对波长小于140 nm的紫外光就是透明的了,但在可见光波段有很好的反射能力,因此适合做镜子。Part.3颜色与光泽至此,镜子基本是白色这一点理应没有争议了,但是还有另一种 “暴论”值得一提:完美的镜子是黑色的。为什么会产生这种说法呢?你可以抬头观察一下身边具有光泽的物品,比如陶瓷杯子、塑料包装袋、甚至一些表面光溜的水果。以下图中的苹果为例,显然,白色的光斑是光源在苹果表面发生镜面反射的效果,而红色的部分则是漫反射。按照之前的定义,物体被白光照射时的反射光是物体的颜色,那么如果请你描述苹果的颜色,你会说镜面反射的白色,还是漫反射的红色呢?相信绝大部分人不会因为苹果有反光就认为苹果是白色的。也就是说,物体的“颜色(color)”与“光泽(gloss)”需要分别讨论,可以把其中漫反射的部分归为“颜色”,镜面反射的部分归为“光泽”。尽管在生活中二者经常混为一谈,但在涂料行业等对视觉效果有更高要求的领域,颜色与光泽经常需要分别描述。而光泽是会影响颜色的,这很好理解。当入射光线的量一定时,用于镜面反射的部分多了,用于漫反射的部分就少了。这也是为什么对同样的材料来说,光滑的表面通常比哑光的表面看起来颜色更深。所以镜子是什么颜色的?常规答案是“白色(偏绿)”,把颜色和光泽区分开的答案是“深灰色(偏绿)”,生活中不咬文嚼字的话,兼顾颜色与光泽的“银色”也是不错的回答。镜子的颜色最终取决于你对物体颜色是什么的定义,不必追求唯一的答案。通过讨论镜子这个有点奇葩的物件,让我们更好地理解人类如何观察颜色、认识颜色、描述颜色,可能是更重要的收获。

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