رنگ‌ها

سلام سلام!قبل از هر چیزی از ۲:۱۰ تا ۲:۴۷ این ویدئو رو ببینید.Aunty Jack Introduces Colour TV to Australiaاین ویدیو، لحظه‌ی معرفی تلویزیون رنگی به استرالیا رو نشون می‌ده. بیاید فکر کنیم اگه تو دورانی زندگی می‌کردیم که تلویزیون‌هامون سیاه و سفید بود، هنوز هم انقدری که الان از دیدن فیلم و سریال لذت می‌بریم، با دیدن نسخه‌ی رنگ و رو رفته‌شون حس خوبی می‌گرفتیم یا نه! احتمالا برای خیلی‌هامون تصور کردنش سخت و حتی عذاب‌آور باشه و اگه فکر می‌کنید که با سیاه-سفید بودن تلویزیونتون چیز زیادی براتون تغییر نمی‌کنه، قسمت بعدی برای شماست!برای مطالعه بیشتر:باید براتون جالب باشه که بدونید با تغییر تلویزیون‌ها از سیاه-سفید به رنگی، خواب‌های ما هم رنگی‌‌تر شدن و اکثر کسایی که تو دوره‌ای زندگی می‌کردن که فقط تلویزیون سیاه-سفید دیدن، حدود یک‌چهارم خواب‌هاشون رو سیاه-سفید می‌دیدند در حالی که این عدد برای هم سن و سال‌هاشون که تماشای تلویزیون رنگی رو هم تجربه کردن، چیزی در حدود 7.3% هستش که درصد کمی به حساب میاد! یا یه اتفاقی که حتما تجربه کردید، تفاوت عکس کتاب و عکسی که معلم توی امتحان می‌ده، هستش؛ یه چیزی تو این مایه‌ها:همون‌طور که تا الان متوجه شدید، قراره راجع به رنگ‌ها حرف بزنیم، موجوداتی(!) جالب که هر روز با اون‌ها سر و کار داریم.رنگ‌ها به غیر از اینکه برای تک‌تک ما اهمیت دارن، برای هنرمندها و همین‌طور برای فیزیکدان‌ها مهم و کنجکاوی برانگیزن. حالا شما خودتون رو جای یه فیزیکدان نه، جای یه فیزیک‌پیشه بذارید و بیاید سعی کنیم به این سوالات جواب بدیم:به نظرتون ماهیت رنگ چیه؟ چطوری می‌شه که رنگ‌ها رو می‌بینیم؟ رنگ یک چیز، کجای اون قرار داره؟گفتی که حافظِ این همه رنگ و خیال چیست؟برای جواب دادن به این سوالا، خوبه که اول به این فکر کنیم که ما چطوری اجسام رو می‌بینیم؟ اگه از ساختار چشم و داستان‌های فیزیولوژیکیِ دیدن صرف نظر کنیم، جواب مختصر و مفید این سوال، اینه: وقتی که نور از یک چیزی به چشم‌های ما می‌رسه، ما می‌تونیم اون چیز رو ببینیم! حالا اون چیز می‌تونه خودش منبع نور باشه و نور از خودش گسیل کنه (مثل خورشید) یا صرفا نوری که از یه چیز دیگه بهش رسیده رو بازتاب کنه (مثل ماه) که برای چشم ما هیچ کدومش فرقی با اون یکی نداره؛ به محض اینکه نوری به چشم ما برسه، اون چیزی که نور ازش به سمت چشممون اومده، دیده می‌شه!این از قضیه‌ی دیدن؛ حالا بریم سراغ سوال خودمون «چطوری رنگ‌ها رو می‌بینیم؟».این عکس و شاید چیزهایی مشابه با این رو دیده باشید:در نگاه اول به نظر میاد یه لباس سفید-طلایی باشه، شایدم مشکی-آبی؟ داستان همینه! یه لباس، یه عکس و مردمی که هر کدوم یه رنگی رو به این لباس نسبت می‌دن. عجیبه، نه؟ به نظرتون واقعا این لباس چه رنگیه؟جواب خوبی که می‌شه به این سوال داد اینه که اصلا نظر شما مهم نیست! (یکم بعدتر راجع بهش بیشتر حرف می‌زنیم.)با همین مثال ساده می‌شه گفت که «رنگ» به اون معنایی که هر روز باهاش سر و کار داریم، چیزی نیست جز یه تجربه فیزیولوژیک که منحصر به چشم بیننده‌ست. وقتی که اون نوری که از جسم گسیل یا بازتاب شده، به چشم ما می‌رسه، یه سری سلول توی شبکیه‌ی چشممون، شروع می‌‌کنن به فرستان سیگنال برای مغز. یه دسته از این سلول‌ها، سلول‌های مخروطی نام دارن که می‌شه گفت هر رنگی که می‌بینیم، نتیجه تلاش این سلول‌هاست. داستان اینه که نور وارد چشم ما می‌شه، سلول‌های مخروطی به مغز پیغام می‌فرستن و مغز به ما رنگ‌ها رو نشون می‌ده. راستی خوبه که بدونیم ما سه نوع سلول مخروطی داریم که اگه بخوایم خیلی ساده دسته‌بندی‌شون کنیم، یه نوع از این سلول‌ها مسئول شناسایی رنگ سبز، یه نوع دیگه مسئول شناسایی رنگ قرمز و آخرین دسته هم مسئول شناسایی رنگ آبی‌ هستن. آزمایش‌های کور کننده:احتمالا براتون جالب باشه که بدونید سلول‌های مخروطی چشممون، مثل خود ما خسته می‌شن! باور نمی‌کنید؟ این آزمایش برای شماست! مواد لازم: چشم‌هاتون، یه دیوار سفید، همین چیزی که الان دارید می‌خونید(!)نحوه انجام آزمایش:برای یک دقیقه به مربع قرمزی که این زیر هست نگاه کنید. (حواستون باشه که تا جای ممکن صفحه رو بزرگ کرده باشید تا فقط مربع قرمز توی صفحه باشه و حواستون به رنگ‌ها و چیز‌های دیگه پرت نشه.) بعد یک دقیقه، به دیوار سفید جلوتون نگاه کنید. چه رنگی می‌بینید؟اگه جوابتون به سوال بالا، رنگی تو مایه‌های فیروزه‌ایه، تبریک می‌گم! شما تونستید با موفقیت سلول‌های مخروطی‌تون که مسئول شناسایی رنگ قرمزن رو خسته کنید. می‌تونید این آزمایش رو با رنگ‌های دیگه هم امتحان کنید و نتیجه رو ببینید. اگه دوست دارید بیشتر راجع به این پدیده بدونید، Color afterimage رو سرچ کنید و تحقیقاتتون رو از اینجا شروع کنید!یه سری از آدم‌ها دچار «کور رنگی» هستند، به این معنا که قادر به تشخیص یک یا چندتا از رنگ‌ها نیستند، حتی حالتی وجود داره که شخص هیچ رنگی رو نمی‌تونه ببینه و هر چیزی که می‌بینه، شبیه همون تلویزیون‌های سیاه و سفید قدیمیه.آیا وجود داشتن این آدم‌ها، اینو نشون میده که رنگ‌ها صرفا ساخته‌ی مغز ما هستن و تو طبیعت وجود ندارن؟ یا یه طور دیگه بپرسیم، اگه ما نمی‌تونستیم ببینیم، آیا هنوز رنگ‌ها وجود داشتن؟جواب این سوال هم بله است و هم خیر! بیاید برگردیم به اینکه رنگ چیه و از کجا میاد. فهمیدیم که نوری که وارد چشم ما می‌شه، باعث می‌شه که ببینیم و همون نور داره رنگ رو با تحریک کردن سلول‌های مخروطی برامون تداعی می‌کنه. مثل اینکه قضیه هر چی هست، زیر سر نوره! ولی چرا؟ یه گل قرمز رو تصور کنید با ساقه‌ و برگ‌های سبز. خب ما می‌تونیم اینو ببینیم ولی چرا رنگ گل با برگش فرق داره؟ مگه یه نور یکسان به جفتشون نمی‌خوره؟همونطور که قبلا گفتیم، این نور بازتاب یا گسیل شده از یه چیزه که باعث می‌شه که بتونیم اون رو ببینیم، یعنی درسته که هم به گل و هم به برگش نور خورشید تابیده می‎شه، ولی آیا نوری که ازشون بازتاب می‌شه، یکیه؟ مثل اینکه همین میزان نوری که بازتاب می‌کنن، رنگشون رو تعیین می‌کنه! ولی این جمله یعنی چی؟ چه خاصیتی از نور باعث چنین اتفاقی می‌شه؟بذارید با یه سوال راهنماییتون کنیم، نور سفید واقعا فقط سفیده؟ حتما می‎دونید که نه! نور سفید مثل نوری که از خورشید میاد، یه طیفی از رنگ‌ها رو تو خودش داره، انگار که مجموع همه‌ی رنگ‌ها با طول موج مرئی، می‌شن نور سفید.می‌تونید آزمایش نیوتون که در همین راستا بوده رو توی این لینک ببینید:https://www.youtube.com/watch?v=uucYGK_Ymp0آزمایش کورنکننده:اینجا می‌خوایم یه دیسک نیوتون بسازیم! می‌پرسید این که می‌گیم اصلا چی هست؟ خب اینه:یه دیسک با رنگ‌های رنگین کمون، یا در اصل رنگ‌های اصلی‌ای که نیوتون بعد از گذروندن نور سفید از منشور، مشاهده کرد. وقتی که این دیسک رو خیلی سریع بچرخونیم، برعکس اتفاقی که توی ویدیو بالا افتاد، می‌افته و همه‌ی این رنگ‌ها با هم ترکیب می‌شن! دوست دارید بدونید که نتیجه‌ی چرخوندن این دیسک، چه رنگی می‌شه؟ پس این ویدیو رو ببینید و خودتون یه دیسک نیوتون بسازید:https://www.youtube.com/watch?v=_z7BDab3N7wموجودی که ما بهش می‌گیم نور، چیزی نیست جز موج الکترومغناطیس! این امواج الکترومغناطیس رو بر حسب طول موجشون به چند دسته تقسیم می‌کنیم (اگه نمیدونید که طول موج یا اصلا خود موج الکترومغناطیس چیه، توصیه می‌کنیم که از گوگل استفاده کنید!):همینطور که می‌بینید، بازه‌ی خاصی از این امواج که حدودا طول موجی بین ۳۸۰ تا ۷۲۰ نانومتر دارن، رنگین‌کمون معروفیه که نور مرئی نام گرفته. همین بازه‌ی خیلی کوچیک، مسئول تمام چیزهاییه که می‌تونیم ببینیم و رنگ‌ها توی فیزیک، چیزی جز یه مشت موج الکترومغناطیس نیستند. برای فیزیکدان‌ها، مهم نیست که ما چی «می‌بینیم»، مهم اینه که اون موج الکترومغناطیسی که داره بهمون می‌رسه، چه طول موجی داره و از اونجا رنگ رو تشخیص می‌دن. برای همینه که وقتی عکس لباس رو دیدین گفتیم که نظر شما مهم نیست! به راحتی می‌تونیم ببینیم که واقعا لباس چه رنگیه و برای فهمیدنش نیاز به یه آزمایشگاه خفن با کلی دستگاه نداریم، به سادگی می‌تونیم از کامپیوتر و ابزارهایی که وجود دارن استفاده کنیم، برای کامپیوتر هم رنگ، چیزی جز یه سری عدد نیست. خودتون می‌تونید اون عکس یا هر عکس دیگه‌ای که می‌خواید رو به جاهایی مثل سایت زیر ببرید و ببینید که هر چیزی چه رنگی داره، نه اینکه چه رنگی به نظر میاد! Image Color Picker پس اتفاقی که می‌افته اینه: نور سفید به گل تابیده می‌شه، گلِ گل همه‌ی نور با طول موج‌های مختلف رو جذب خودش می‌کنه به جز نور با طول موج مشخصی که به چشم ما «قرمز» به نظر می‌رسه و برای همین، گل رو قرمز می‌بینیم و برای برگ، همه‌ی طول موج‌ها جذب می‌شن، به جز طول موجی که به چشم ما «سبز» به نظر می‎رسه. از یه نظر اگه بهش فکر کنیم، گل قرمز، همه رنگی هست جز قرمز! سوال جالبی که شما می‌تونید بهش فکر کنید اینه که اگه منبع نور ما، نور سفید گسیل نمی‌کرد و مثلا فقط نور سبز به گل تابیده می‌شد، چی می‌دیدیم؟ما سه رنگ نور اصلی داریم که بقیه رنگ‌ها رو می‌تونیم با ترکیب این سه رنگ بسازیم. این سه رنگ، قرمز، سبز و آبی هستن (اگه عبارت RGB به گوشتون خورده، این همونه!). دیاگرام این رنگ‌ها رو می‌تونید تو این عکس ببینید:یادتونه که بعد از نگاه کردن به مستطیل قرمز چه رنگی دیدید؟ رنگی که دیدید دقیقا در مقابل قرمز توی این دیاگرام قرار داره، به این معنی که هیچ قرمزی توی این رنگ نیست!اگه براتون این سوال پیش اومده که بقیه رنگ‌ها کجان، باید بگیم که کافیه درصد قرمز، آبی و سبز رو توی میزان ترکیب شدنشون تغییر بدیم تا به بقیه رنگ‌ها برسیم. این جمله، جواب یه سوال دیگه هم هست؛ احتمالا وقتی که گفتیم فقط سه نوع سلول مخروطی داریم، این سوال براتون پیش اومد که چطوری بقیه‌ی رنگ‌ها رو می‌بینیم، جوابش همین چیزیه که الان خوندید. مثلا وقتی که به یه چیزی نگاه می‌کنیم که رنگ زرد داره، این رنگ چون هم توش قرمز و هم سبز داره، دو نوع سلول مخروطیِ حساس به سبز و قرمز رو فعال می‌کنه و مغزمون به ما رنگ زرد رو نشون می‌ده. در اصل، انگار که سیستم بینایی ما مثل یه آشکارساز امواج الکترومغناطیسی با طول موج بین ۳۸۰ تا ۷۲۰ نانومتر عمل می‌کنه!اما این پایان ماجرا نیست! به غیر از رنگ‌هایی که راجع بهشون حرف زدیم، یه سری رنگ هستن که ما می‌بینیم ولی واقعا وجود ندارن و از اون طرف یه سری رنگ داریم که وجود دارن ولی ما اغلب نمی‌تونیم ببینیمشون (مگر اینکه یه طوری به مغزمون کلک بزنیم!). این فیلم رو ببینید تا بیشتر با این رنگ‌ها آشنا بشید و چندتاییشون رو ببینید:https://www.youtube.com/watch?v=8FSpCAs5KZg&list=LLقبل‌تر پرسیدیم که «اگه ما نمی‌تونستیم ببینیم، آیا هنوز رنگ‌ها وجود داشتن؟»، و جوابمون به این سوال هم بله بود و هم خیر، الان می‌تونیم توضیح بدیم که چرا این جواب رو دادیم. رنگ، به اون معنایی که هر روز باهاش رو به رو می‌شیم، فقط با دیدن ما معنی پیدا می‌کنه، ولی رنگ به عنوان موج الکترومغناطیس، براش فرقی نمی‌کنه که داریم نگاهش می‌کنیم یا نه، به هر حال وجود داره!پایان شب سیه سپید است؟! تا اینجا راجع به رنگ‌ها حرف زدیم، اینکه چطوری می‌بینیمشون، طیف نور مرئی چیه و حتی دیدیم یه سری رنگ وجود دارن که نمی‌تونیم ببینیمشون. حالا می‌خوایم راجع به یه رنگ دیگه حرف بزنیم، سیاه! با آزمایش نیوتون و دیسکش دیدیم که نور سفید مجموع همه رنگ‌های دیگه است ولی سیاه چی؟ اصلا چیزی به اسم نور سیاه داریم؟ می‌تونیم یه چراغ قوه بسازیم که نور سیاه تولید کنه؟برای راهنمایی، اول فیلم زیر رو ببینید:https://youtu.be/p-OCfiglZRQ?t=53 از 0:53 تا 1:32 چیزی که اینجا می‌بینیم اینه که بدون اینکه نور سفید موبایل رو تغییر بدیم و فقط با تغییر دادن نور محیط، می‌تونیم "نور سیاه" داشته باشیم! انگار که نور سفید و نور سیاه هر دوتا یه چیزن و صرفا دو سر یه طیف قرار گرفتن! می‌تونید ادامه فیلم رو توی این لینک ببینید و متوجه بشید که نور سیاه، در واقع یه نور "کمتر سفید" نسبت به محیط اطرافشه: https://youtu.be/p-OCfiglZRQ?t=53