Колись давно, в іншому житті, я отримувала вищу освіту з фізики. А ще я робила наукпоп в Київському бранчі 15х4. І розповідала, звісно, про фізику. Фізику з тих пір я катастрофічно закинула, але деякі улюблені сюжети залишилися. Ось текстова версія (українською) сюжету, який я одного разу розповідала на зустрічі 15х4.
Що таке колір?
Cвітло - це така хвилька. Як на морі, тільки електромагнітна. Не дуже важливо що саме це таке, скільки те, що в неї є декілька характеристик. Наприклад, частота і довжина хвилі. Вони обернені одна до одної, можливо, ви щось таке пам’ятаєте з шкільного курсу фізики.
Видиме світло - тільки маленька частина широкого спектру електромагнітних хвиль. Можливо, ви колись чули про інфрачервоне випромінювання, чи ультрафіолетове - ось вони на цьому спектрі також. І радіо. І вайфай. І мікрохвильовка. Можна задатися питанням, а що в біса в цьому житті не електромагнітна хвиля? Будь-яка людина, що мала курс квантової механіки на цьому моменті почне хіхікати, а потім і зовсім сміятися як стереотипний злодій з мультфільма. Але це розмова на інший раз.
Окей, з видимим світлом розібралися. А колір - це що?
Ми звикли до приємного логічного пояснення. Ось у нас є видиме світло, воно буває різного “кольору” (електромагнітне випромінювання певної довжини хвилі/частоти), ось у об’єкта є пігмент, який якийсь “колір“ (електромагнітне випромінювання певної довжини хвилі/частоти) поглинає, а весь інший відбиває, наше око реєструє відбите світло, передає в мозок і хоба - ми бачимо колір об’єкта. Пігменти, до речі, не тільки на видиме світло можуть реагувати.
Але пігмент - це, начебто, хімічна штука. Тоді чому деякі речі змінюють колір, якщо на них дивитися під різним кутом? Чому воно різнокольорове? Чому воно переливається? Що це, до біса, таке взагалі?
Я не веду до якоїсь загадкової конспірології, що пігментів не існує. Але деяких - в деяких випадках - дійсно не існує. Наприклад, в живій природі - зеленого і синього. Взагалі у нас (себто живої природи, твариночок там всіляких і комашок) є тільки коричневі, жовті і червоні пігменти, і все що можна з їх комбінацій зробити. Поки що наука знає про зелений пігмент тільки у африканських пташок Турако, а все інше - це що?
До чого тут Ньютон і Гук?
Ага, оті самі, що в механіці закони. Вони обидва - інноватори.
У 1665 році Гук видав книжку “Micrographia“, в якій він перший вигадав дивитися на незрозумілі штуки через лінзи. Збільшуючі. Нічого не нагадує? Це приблизно мікроскопи. Ну, можливо, не прям перший (я чесно не знаю), але The British Library пише, що це перша важлива книга з мікроскопії, що б це не значило. Книжку, до речі, можна погортати в електронному вигляді, скориставшись проектом Гутенберг, дуже рекомендую, файна книжка.
А Ньютон що? А Ньютон в 1704 видав книжку “Оптика“, в якій описав, звідки всі ці приколи беруться (спойлер: не всі, але багацько).
Якщо забігти сильно наперед, то на плечах цих гігантів Gerd Binnig і Heinrich Rohrer отримають Нобелівську Премію в 1986 році за створення сканувального тунельного мікроскопу.
Ну, я думаю, натяк ви мій зрозуміли. Голуба - в мікроскоп. Сканувальний і тунельний. Живцем. Так його.
Ну добре, не голуба - так метелика. І що ми там побачимо?
“Так-так-так“, скажете ви, “пані Ілюзія, але бульбашка - це плівочка така з мила, а голуб і метелик то явно не мильна плівочка“. А я вам скажу: знайомтеся.
Рефракція. Інтерференція. Дифракція.
Дуже швидко і на малюночках, але спочатку обов’язковий мем.
Якщо світло тусить собі в одному середовищі, а потім хоба - переходить в інше, то воно змінює кут падіння при переході. Оці всі смішні фотки з басейнів - це воно.
А ще, згадуємо, видиме світло - це хвиля. У хвилі є ще одна важлива характеристика, про яку я вам не сказала, але зараз скажу. Це - фаза. Знову, на малюнках:
Ну, як ви могли здогадатися, інтерференція - це взаємодія декількох хвиль, в результаті якої відбувається зміна інтенсивності “результуючої“ хвилі.
Ось так виглядає рефракція світла в тонких плівках в залежності від довжини падаючої хвилі. Згадуємо, довжина хвилі = колір. Бачимо, що шлях, який проходить фіолетова хвиля в плівці коротший, ніж той, що проходить червона. Фаза залежить від часу, отже фази при “виході“ з плівки будуть різні, і можуть відбуватися сценарії з графіків вище: деякі кольори кенсельнуться по інтенсивності, деякі підсиляться. Це, власне, історія з мильними бульбашками, бо мильні бульбашки - типовий приклад тонких плівок. Але чому воно тоді переливається і змінює колір? Бо товщина мильного розчину неоднорідна і змінюється. Калюжа бензину - та сама історія.
Якщо ж умовних плівок багато і вони нашаровуються, то “неугодні“ довжини хвиль будуть вбиватися дуже швидко, а “угодні“ - дуже сильно підсилюватися по інтенсивності. Це, наприклад, історія з крильцями багатьох жуків, коли здається, що вони прям загоряються на сонці під деякими кутами.
Окей, з прозорими штуками розбіралися, але той самий метелик Morpho - явно не прозорий. То є так, але ж ми поки що не поговорили про дифракційні гратки!
За дифракцію я простими словами не вмію, але це така хитра інтерференція. Ось вам гіфка.
Я думаю, приблизно видно, що тут теж з інтенсивністю відбуваються приколи - зверніть увагу на те, що в деяких місцях хвиля прям чорно-синя, а в деяких місцях її ніби взагалі немає. Оце, оце нам треба.
Отже, синього і зеленого пігменту не буває в живій природі. Ми його бачимо не тому що там пігмент, а тому що фізика світла хитра і прикольна. Але ж то не все, це тільки перша частина, яку я напишу завтра, бо до мене тут мамуля вперше в Швецію приїхала і я планую з нею обійматися, а не вам тут розповідати. Ну, тобто вам я теж хочу розповідати, але і обійматися з мамулею хочу. То ви не ображайтеся, а краще завтра приходьте, я вам про фотонні кристали і хамелеонів розповім.
