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為什么自然界幾乎看不到綠光源?

【章佳杰的回答(125票)】:

@One Two邀請

其實這個時候搬出知乎金句「跳過是不是就問為什么的都是耍流氓」就可以結(jié)束爭論了,自然界有沒有綠色的光源?當(dāng)然有,極光、螢火蟲、鬼火……都是綠色的,前面 @程御迦 的答案里貼出了很多自然界綠色光源的照片,足以證明題主的問題不成立。不過既然來回答了,那就都展開說說,多說幾句廢話(內(nèi)心悶騷的話癆憋不住不說話哈哈哈)

自然界中的光源有幾大類,最常見的一類,在我們的日常經(jīng)驗里確實是偏紅偏黃的,比如篝火、蠟燭、太陽、白熾燈……等等。這類光源有個共同特點,通過高溫使得物體發(fā)光。這種發(fā)光基本都近似于黑體輻射。我們知道,黑體輻射的能量分布是與溫度有關(guān)的,溫度低的就偏紅,溫度高的偏藍。貼一個色度圖中的黑體輻射軌跡線(Lumi-Con - LED-Touch-Me Leuchten und Lampen

上圖中中間那條曲線就是黑體輻射軌跡線,右上角有放大的圖(上面標(biāo)識的溫度是開氏度,與攝氏度相差約200度,簡單定性討論我們可以不管這個差別)。在我們?nèi)粘D芙佑|到的物體中,各種火焰(比如篝火、蠟燭)溫度只有幾百度,白熾燈溫度超過2000度,太陽溫度也不過五六千度。所以火焰的顏色都是通紅的,白熾燈就是昏黃的,而太陽就是帶一點點黃色的白了。而即使是加熱到超過1萬度,那么看到的顏色將是偏藍色的,而非綠色。也就是說,如果依靠加熱物體來發(fā)光,那么無論如何都不會看到綠色的光線的。這也是為什么我們生活中接觸到的光源絕大多數(shù)都是偏紅偏黃的原因了。

不過肯定有人提出異議,火焰也有五顏六色的呀,我們節(jié)日里看到的焰火是各種顏色都有的。是的沒錯,不過這里的光就不是黑體輻射的光了,而是焰色反應(yīng)(焰色反應(yīng)),各種金屬在高溫灼燒下,其離子被激發(fā),從而發(fā)出特定顏色的光來。不同的金屬有不同的焰色反應(yīng),比如鈉的明亮黃色,銅的明亮綠色等,都是很有特征的。

焰色反應(yīng)是物質(zhì)原子受激發(fā)之后發(fā)出的光,與上文提到的極光有些許相通之處。極光的發(fā)光原理的細節(jié)并沒有完全弄明白,不過大致是由于來自太陽的高能粒子與大氣層中的空氣分子相撞,將空氣分子激發(fā)后發(fā)出光線。不同的空氣分子發(fā)出的光線也不一樣,比如氧分子受激發(fā)后發(fā)出綠色和紅色的光,氮分子會發(fā)出藍色紫色暗紅色等光線(極光的照片前面有人貼過了這里我就不貼了)。而現(xiàn)在城市里各色的霓虹燈,也是類似的原理。

還有一類光源,就是生物發(fā)光。比如螢火蟲,比如發(fā)光水母,比如鮟鱇魚。這些由于生物體內(nèi)的酶催化了一些生物反應(yīng),從而發(fā)出的光線。這些光源都是冷光源,是生物蛋白質(zhì)受到激發(fā)后發(fā)光,沒有劇烈的溫度變化,通常光的顏色是綠色或者藍色的,偶爾也有紅色出現(xiàn)。中國古代就有「囊螢夜讀」的佳話,將螢火蟲作為光源在夜間讀書,這里的光源就是綠白色的了。下圖是日本海岸的發(fā)光水母(日本海岸的發(fā)光水母)。

還有一類發(fā)光的現(xiàn)象是是熒光物質(zhì)的熒光,在白天接受太陽照射后受到激發(fā),在晚上或者暗處就能發(fā)出微弱的熒光。比如有一種礦物叫螢石,就有這樣的特性,其名稱也正是反映了這種特征。這一類熒光多是綠色的。

當(dāng)然還有其他一些奇葩的光源,比如核反應(yīng)堆冷卻池里藍幽幽的切連科夫輻射等等,就不展開討論了。

總結(jié)一下:

1. 自然界大部分光源是依靠高溫使物體發(fā)光,發(fā)光原理是黑體輻射,這一類光源是不可能有綠色的光的。并且就我們?nèi)粘=佑|到的光源來說,基本都是偏紅偏黃的光。

2. 金屬的焰色反應(yīng)是金屬離子受激發(fā)后發(fā)光,能提供豐富的顏色,當(dāng)然包括綠色(比如銅),可用于制作節(jié)日焰火。

3. 極光、霓虹燈等是氣體分子受激發(fā)后發(fā)光,同樣能提供豐富的顏色(想想燈紅酒綠的霓虹燈)。由于大氣中含量最多的分子是氧分子和氮分子,所以極光通常都是紅色和綠色的。

4. 生物發(fā)光是生物蛋白在酶的作用下受到激發(fā)而發(fā)光,沒有劇烈的溫度變化,發(fā)出的光多是綠色藍色的,偶有紅色。

5. 熒光物質(zhì)的熒光,這一類也多是綠色的。

6. 其他一些光源。

總的來說,題主的問題是不成立的,自然界有很多綠色的光源,只不過很多不是那么常見或者不是那么容易獲得罷了。最常見最容易獲得的就是上面第一類光源,而這一類光源都是紅色黃色的,以至于造成題主的錯誤印象了。

【白蘭的回答(19票)】:

補充回答下 @章佳杰 里沒有回答的部分,為什么黑體輻射沒有看起來是綠色的。

首先要說明人眼有三種視錐細胞,分別對類紅色光、類綠色光和類藍色光敏感。人眼對白色的定義是紅綠藍三種波長的光的混合色,也就是說如果人眼的三種視錐細胞如果同時被差不多輻射量的紅綠藍感受到,人看起來就是白色的。

在人眼可感受的光譜中,綠色光差不多處于中間。所以當(dāng)一個黑體發(fā)出的輻射中綠色光占最大比例時(比如太陽就是這樣),兩邊的紅黃光和藍紫光往往也很不弱,所以人眼的三種視錐細胞往往是都被刺激到的,大腦感受起來便是白色。

而如果溫度再低一點,那么輻射出來最多部分就是紅色或者黃色波長的光,同時藍綠色方向的輻射減少,紅外波段增加,而人眼看不到紅外波段,所以就是感受紅色的視錐細胞刺激大于其他兩種,故而大腦感受起來便是偏暖色調(diào)(也就是偏紅)的顏色了。如果溫度再高一點,也可以照此推理,大腦感受起來是偏冷色調(diào)(也就是偏藍)。

其實從進化角度說,因為人類生存的環(huán)境里,太陽是最主要的光波輻射源,所以人眼感受的光譜是以太陽的輻射光譜為準(zhǔn)的??梢圆孪耄绻粋€生活在紅巨星為主要光源的星球上的生物來到地球的話,就會覺得太陽是偏綠色的星球了。

我想這是題主最想問的東西吧。

【程御迦的回答(10票)】:

啊→_→...謝邀謝邀...前段時間事情太多了然后這個問題屬于物理范疇了我不專業(yè)呀,我要不要動手幫你改改問題標(biāo)簽。

我覺得吧……

,你先不管這圖真不真

(比起綠光我覺得紫光什么的更少見吧。)

什么是光?

光的顏色

綠色光也可以用作為夜視,

綠色光還特別適用于在夜晚的時候閱讀地圖或圖表。

它還不那么容易被夜視裝備發(fā)現(xiàn),便很容易被人眼發(fā)現(xiàn),綠色光的亮度比紅色光低。

光的顏色和它的波長

光的顏色是否可以看見是由它的波長決定的,

光的波長是以納米為單位的也說是十億分

之一米。

發(fā)光二極管發(fā)出的光幾乎都是一致的也就是說它幾乎都是在一個波長,

發(fā)出非常純

的顏色。以下是光的顏色和它的波長。

中紅外線紅光

4600nm-1600nm--

不可見光

低紅外線紅光

1300nm-870nm--

不可見光

850nm-810nm-

幾乎不可見光

近紅外線光

這個問題有點偽命題的嫌疑你不要生氣呀……

有些時候

我吃過的燒餅好少 ≠ 生活中賣燒餅的好少

“我覺得”“我看到”……慎重呀……

【MiloYip的回答(9票)】:

從題主稱「我是學(xué)CG繪畫的,光的三原色是紅綠藍,紅和綠光混合會成黃光……光的波長……」,題主可能對色彩不太了解。我嘗試以計算機圖形學(xué)及其他科學(xué)角度解釋。

首先,「光的三原色」不是物理上的模型。這是為人類色彩感知而建立的一種色彩模型。RGB只是其中一個色彩空間,圖形學(xué)里常用的還有XYZ、HSV、Lab、Luv等色彩空間。經(jīng)過一些實驗,色度學(xué)(Colorimetry)建立了這些人類色彩感知模型,用以捕獲(如數(shù)字相機)及重建(如LED屏幕)彩色影像。

人類看到很多的顏色,其實可以由物理上不同的光譜(light spectrum)所組成,而不是一個單頻率的光。

在自然界中,我們最常見到的是太陽光,它在大氣外和海平面上的日光有這樣的光譜:

那為什么太陽光在日出/日落前后的顏色是偏紅、黃?這是因為大氣的瑞利散射(Rayleigh scattering)而造成的。在日出日落的時候,太陽光要經(jīng)過更厚的大氣才能到達觀察者,而瑞利散射的會吸收更多的藍綠光譜(實際上散射的強度與波長成4次反比)。

由于陽光是最常見的光源,而大氣是我們最常生活的環(huán)境(有時候會把天空當(dāng)作是光源),所以這或許解釋了題主「為什么綠光少見,光的波長怎樣影響到使得綠光很少出現(xiàn)」的感覺。

如果對于自然光有興趣,極力推薦一本讀物 Color and Light in Nature (豆瓣)。

【知乎用戶的回答(1票)】:

比如說,綠色熒光蛋白什么的……

【阿銳的回答(5票)】:

以前看到過一個問題:為什么恒星的顏色沒有綠色的。

絕大多數(shù)的光源發(fā)出的光都不是純凈的,而是光譜上的一段,這就導(dǎo)致了這么一個現(xiàn)象,當(dāng)光的顏色分布在偏紅的一側(cè)時,我們看到的光是紅色的,偏藍色時,我們看到的光是藍色的,那么居中的時候呢?光源的顏色會覆蓋可見光的絕大部分,我們看到的就是混合光——白光!

【朱明龍的回答(0票)】:

螢火蟲?野外好多奇怪的閃光都是綠色。

【周超的回答(0票)】:

正確的問題應(yīng)該是最常見的光源色是什么?可能白色,紅色,黃色,藍色。那綠色,橙色,青色,紫色都很少。

【MelaoAce的回答(0票)】:

極光算不算?

【知乎用戶的回答(0票)】:

每天過馬路,紅黃綠是最常見的三種光。

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