【簡単】色はなぜ見えるのか|光の色とは何かを解説

色はなぜ見えるのか|光の色とは何かを解説 物理
【簡単】色はなぜ見えるのか|光の色とは何かを解説

「人間はなぜ色が見えるの? 色って何? 花火はなぜ色が違うの? 物理学ってなんだか難しそうだな…」

こういった疑問に理学修士(物理学)の筆者が答えます。

結論

光は波でもあり、粒子でもあります。アインシュタインは光電効果で、光の二面性をうまく説明しました。詳細は本記事にて解説します。

本記事の参考文献

本記事の内容

光の色とは

光の色とは

光は電磁波という波で、光の色は振動数によって変わります。例えば人間が見える振動数は380nm~770nmで、380nmは青っぽく見えて、770nmでは青っぽく見えます。380nmより小さい振動数は目に見えない紫外線があり、さらに振動数が小さいとX線やガンマ線になります。逆に770nmより振動数が大きいと赤外線になります。

ニュートンの光の理論

白っぽい光がいろいろな色の集まりであることは、万有引力で有名なアイザック・ニュートンが発見しました。ニュートンはプリズムと呼ばれる光を屈折させる道具を太陽光に当てました。すると白っぽい太陽光はプリズムを通して7色の光になります。ニュートン以前の科学者は「プリズムは白色の光からいろんな色につくることができる」と考えていたのですが、ニュートンは「プリズムはただ光を屈折させているだけであって、いろんな色が現れるのは色によって屈折率が違うから」と理論的に証明したのです。もちろん太陽光には可視光以外の紫外線や赤外線も含まれています。

なぜ色が見えるのか

なぜ色が見えるのか

人間の網膜には1億個の視細胞があり、その中には光に反応する色素とタンパク質を含んだ赤細胞、青細胞、緑細胞である3種類の「錐体細胞」が含めれています。赤細胞、青細胞、緑細胞は光子(可視光)を吸収して、その光子の赤、青、緑の強度分布によって、その変化に応じた強度の信号を脳に発信します。この信号を受け取った脳は視覚に反映させる、つまり色が見えるのです。つまり錐体細胞が「赤の光が20%混ざっていて、青の光が30%混ざっていて、緑の光が50%混ざっている」と脳に伝えているのです。

花火はなぜ色が違うか

花火はなぜ色が違うのか

金属を炎にかざすと、金属ごとに色が違うことを「炎色反応」といいます。例えばナトリウムなら黄色、銅なら緑、リチウムなら紅色、カリウムなら淡紫などがあげられます。食塩(塩化ナトリウム)を炎に振りかけると黄色くなるのもナトリウムの炎色反応によるものです。

原子が光を発する原理

もう少し詳しく説明すると、上写真のように原子核の周りを電子が回っています。この電子にエネルギーを与えてると電子は遠い軌道を回ります(電子のエネルギーが大きくなります)。その後しばらくすると、電子はエネルギーを放出して、元の軌道を再び回ります。この電子が放出したエネルギーの正体は光であり、金属の種類によって電子が取りえるエネルギーが違うので、放出する光の色も違うのです

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