主要观点总结
本文探究了人们是如何看到黑色的,以及投影仪是如何投射出黑色的,包括人们在完全黑暗环境中视觉体验的物理原理,以及大脑如何解读可见光谱中的不同波长来产生各种颜色感知。
关键观点总结
关键观点1: 人们如何在屏幕上看到颜色,包括投影仪如何投射黑色,涉及物理学原理和视觉感知机制。
通过投影仪投射RGB颜色到屏幕上,通过调整每种颜色的强度可以产生任何颜色。要投射黑色,可以关闭所有颜色的灯。但这并不意味着完全黑暗的房间无法看到黑色,因为眼睛可以适应并感知到微光。
关键观点2: 人们在完全黑暗环境中的视觉体验。
在完全没有光源的环境中,人们会看不到任何东西,感觉像是完全的虚空。但当有光线进入眼睛时,大脑会将其解读为黑色或其他颜色。
关键观点3: 大脑如何解读可见光谱中的不同波长。
人类大脑能够将可见光谱的不同波长解读为不同的颜色。通过衍射光栅,不同波长的光会发生不同程度的折射,形成彩虹般的颜色。同时,人们通过调整RGB三种颜色的强度,可以感受到任何颜色。
正文
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世界上根本就没有黑色的光。那我们是怎么在屏幕上看到达斯·维达的呢?(注:《星球大战》中的人物)你可以用投影仪投射出各种颜色,但能投射出黑色吗?那会像用手电筒投射出的影子一样吗?想想看,你做报告的时侯,竟然可以投射出黑色背景的幻灯片。这是怎么做到的呢?这当中有着非常有趣的物理学,下面让我们一起来探究一下吧。我喜欢问学生一些关于他们是怎么看见东西的问题。第一个是最有趣的:你们是否有过处在完全的黑暗环境中的经历?我是说根本没有光源,甚至连门缝里的光都没有。你可能会在洞穴之旅中经历过这种情况,导游把灯关掉几秒钟来吓你一跳。(这可不是个好主意;毕竟有时灯就不会再亮了。)下一个问题:你在黑暗的房间里会看见什么?如果不是完全黑暗,你的眼睛会自己调整,这使得你最终会看到有形状的微光。然而,在完全黑暗的房间里,你什么也看不见,好似一片完全的虚空。这有点令人不安。为了更有趣一些,我做了一个物理演示来帮助大家理解黑色。这是一个插着管子的盒子。顶部还有一扇可以打开的盖子。学生们向管子里看,并试着确定盒子里面的颜色。每个人的答案都是一样的——里面是黑色的。然后我打开顶部的门,让光线照进来,这时他们看到盒子的四周是白色的,里面还有我的照片。左:关闭盖子,右:打开盖子。图片由瑞德·阿兰提供。这里的关键是:如果没有光线进入你的眼睛,你的大脑就会把它理解为黑色。记住,光是一种电磁波。电磁辐射可以有任何波长,从数百米长的无线电波到只有几皮米(一米的万亿分之一)的伽马射线。我们能看到的只是这个范围的一小部分,大概在400到700纳米之间。我们称其为可见光——或者就叫“光”(尽管从技术上讲,它们都是光)。我们人类的大脑将可见光谱的不同波长解读为不同的颜色。让白光通过衍射光栅,不同波长的光会发生不同程度的折射,这样你就能看到这些颜色。这是它的样子:这样你就有了一个很好的色谱,其中红色波长较长,紫色波长较短。这表明白光是彩虹中所有颜色的组合。但是像棕色、品红或青色这些不在彩虹中的颜色呢?事实上,它们不是一个单一波长。那么我们是如何看见它们的呢?这确实是很神奇的事。我们的眼睛只对三种特定的波长敏感:红、绿、蓝。但是通过将这三种波长进行不同强度的混合,你就可以感觉到任何颜色。不相信我?事实上,如果你是在彩色屏幕的电脑或手机上看这篇文章,你看到的所有颜色就是这样产生的。屏幕内有一堆超级微小的灯,它们或是红色、或是绿色、或是蓝色(RGB)的。每一盏小灯都可以改变强度,从而组合产生你想要的任何颜色。如果你在手机屏幕上滴一小滴水,它就会像放大镜一样,让你可以看到里面的RGB光。但是视频投影仪的颜色呢?本质上是一样的。然而,它不是一堆微小的RGB灯,而是将RGB颜色投射到屏幕上的不同位置。现在我们准备来点好玩的了。投影仪是如何发出黑光的?黑光就是没有任何光,就像我们之前看到的那样。那你需要怎样投射“没有光”?首先,让我们以像电视一样的屏幕为例。如果你有三盏小灯(红、绿、蓝),你可以通过关闭所有三种颜色的灯来形成一个小黑点。哇,它是黑色的!所以,有没有可能你只需要把投影仪关掉,就能让它投射黑色呢?这应该不对吧?如果是这样的话,你就无法分辨投影出来的黑色和没有投影仪时的屏幕之间的区别。但事实上,这就是它的工作原理。我们来确认一下:在下面的图片中,我放映了一张半黑半白的幻灯片。这张幻灯片占据了屏幕的大部分。你没有看到黑色,对吧?因为那里什么都没有,房间里的环境光只显示出屏幕。这就是为什么我们需要在黑暗的电影院看电影。所以当达斯·维德在《星球大战》中出现,大步穿过莱娅公主的宇宙飞船时,它只是投影图像中的一个维德形状的洞。他周围亮起的区域使我们的眼睛看到了深黑色的对比。他的热塑性盔甲也反射出了灯光,增加了一些东西在那里的感觉。这给加入黑暗面赋予了新的意义,对吧?今天我们将送出由中国人民大学出版社提供的《心智的构建》。
你的大脑可以帮助你免于应付周遭世界各种日常事务之烦劳,使你可以集中精力关注那些对你来说重要的事情。当然,这个融入社会世界的“你”同时也是你的大脑的一个建构物。正是你的大脑,才使你能与你身边的人共享你的精神生活。本书通俗简明、科学有趣地展示了我们的大脑如何洞悉物质世界,如何构建精神世界。对于想要了解大脑、心智、行为与外部世界交互机理的读者来说,这是一本必读之书。【互动问题:你还知道生活中有哪些“黑色”吗?它们与屏幕上的黑色一样吗?】
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