Domanda:
Il giallo puro esiste in variazioni che non possiamo discernere?
commonpike
2017-08-09 20:33:38 UTC
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Se aggiungi luce rossa (~ 440 THz) e luce verde (~ 560 THz), ottieni ciò che percepiamo come luce gialla (~ 520 THz).Ma presumo che quello che ottieni davvero sia una forma d'onda mista che percepiamo come gialla?Supponiamo che il rosso sia un'onda sinusoidale perfetta, così come il verde, il mix di entrambi non sarà un'onda sinusoidale perfetta ma una cosa composita traballante - giusto?Che è diverso da un'onda sinusoidale perfetta di ~ 520 THz.Ma chiamiamo entrambe le cose il giallo "puro".È corretto?

In tal caso, ci sono animali in grado di distinguere il giallo puro composito dal giallo puro singolare, come possiamo distinguere la miscela di più onde sinusoidali audio come un accordo?O esistono macchinari in grado di farlo?

Vedi anche: Perché sia la luce gialla che quella viola potrebbero essere create da una combinazione di rosso, verde e blu?

Ho interpretato la domanda "mix" e "add" nel senso di creare una luce che è di una frequenza media.Cioè, la luce gialla può essere una miscela di lunghezze d'onda che "si sommano" al giallo quando interpretata dai fotorecettori, oppure può essere una luce gialla monocromatica (che banalmente si somma per essere interpretata come gialla).
@piojo Con questa logica, se mescoliamo quantità uguali di luce rossa (~ 450 THz) e luce blu (~ 640 THz), otterremmo ~ 545 THz, che sarebbe luce verde.Ma come tutti sappiamo, mescolando la luce rossa e blu si ottiene [magenta] (https://en.wikipedia.org/wiki/Magenta) che non è un [colore spettrale] (https://en.wikipedia.org/wiki/ Spectral_color).Quindi questa teoria è ovviamente fondamentalmente difettosa.
@jkej Non sono sicuro che invalidi affatto il punto.Il rosso e il blu sono le estremità opposte dello spettro e tutto è tra di loro.Vediamo tre dimensioni di colore, quindi ovviamente non puoi stipare tutto in uno spettro lineare.Ma se prendi il mio punto di vista per applicarlo alle regioni lineari della percezione del colore (le regioni tra i picchi percettivi dei fotorecettori), è sbagliato?Non vedo come potrebbe essere, visto come i fotorecettori raccolgono le frequenze che fanno.
@piojo Sì, questo funziona approssimativamente per lo spettro da rosso a verde e per lo spettro da verde a viola separatamente, ma come accennate, questa è una particolarità della nostra percezione del colore, non perché le frequenze della luce in qualche modo fisicamente "medie fuori".Anche se in qualche caso "funziona", penso che sia ancora pedagogicamente fuorviante spiegare i colori misti in termini di frequenze medie, e ho scelto di illustrare questo con un caso per il quale non funziona.
@jkej Punto lontano.Anche se sospetto che la relazione valga per qualsiasi specie che percepisce il croma come uno spazio continuo.Detto questo, hai ragione a sottolineare che la frequenza è un continuum unidimensionale e la nostra percezione non lo è, quindi portare questo modello troppo lontano porterà a confusione.
Promemoria obbligatorio: i commenti servono per * migliorare e chiarire la domanda *, non per fornire risposte.Ho rimosso un sacco di commenti che hanno fatto quest'ultimo.
Sei risposte:
#1
+40
Mikael Fremling
2017-08-09 20:48:04 UTC
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La nostra capacità di separare colori diversi l'uno dall'altro dipende in modo cruciale dal numero di recettori diversi che abbiamo per la luce colorata.

Gli esseri umani hanno tre diversi recettori per la luce, il che significa che possiamo caratterizzare i colori con tre numeri, proprio come i codici RGB dei colori sullo schermo.

Alla fine della giornata, ciò che determina con i colori che percepiamo è come la forma d'onda viene proiettata su questi tre numeri.Poiché esiste un insieme infinito di forme d'onda, esiste una miscela infinita di colori che percepiremo come identici (per ogni colore percepito).

Alcuni animali hanno più di tre tipi di recettori del colore e possono quindi distinguere più forme d'onda di luce.Puoi dire che la loro percezione del colore è di dimensioni superiori (4D, 5D, ecc.) Rispetto alla nostra percezione del colore tridimensionale.

Alcuni umani hanno effettivamente un quarto recettore del colore (se sto leggendo correttamente): https://en.wikipedia.org/wiki/Tetrachromacy#Humans
I gamberetti mantide hanno 16 diversi tipi di coni sensibili alla luce.Rispetto a loro, siamo daltonici.
Potrebbe essere utile, come passaggio intermedio, notare che i recettori del colore negli occhi umani non sono monocromatici e raccolgono uno spettro di frequenze in una forma approssimativa a campana.Guarda l'immagine su: https://en.wikipedia.org/wiki/Cone_cell.Questo si basa sulla risposta di WillO.Anche i colori uniformi formati da diverse combinazioni di luce monocromatica sono chiamati "metameri" per denotare che sono fondamentalmente diversi, ma sono percepiti allo stesso modo dagli esseri umani tricromatici.Vedi: https://en.wikipedia.org/wiki/Metamerism_(color)
[Dopo più di 25 anni di ricerche, i neuroscienziati nel Regno Unito hanno recentemente annunciato di aver scoperto una donna che ha un tipo extra di cellule coniche - le cellule recettrici che rilevano il colore - nei suoi occhi.] (Https: // futurism.com / uk-woman-extra-cone-cell-her-eyes-can-see-more-colors /)
Descrivere la percezione dei colori come "dimensionali" non è molto utile e piuttosto fuorviante.Cioècos'è per te una "dimensione"?C'è una differenza tra tre punti su una linea unidimensionale e tre punti su un piano bidimensionale ...
@can-ned_food Al contrario, penso che parlare in termini di dimensionalità (soprattutto per umani, cani e uccelli) abbia senso.Per rispondere alla domanda: la dimensionalità è il numero di pezzi di informazioni necessarie per descrivere un colore percepito.Per gli umani hai bisogno di tre numeri, mentre per i cani ne bastano due.Vedi https://en.wikipedia.org/wiki/Color_vision#/media/File:Cie_Chart_with_sRGB_gamut_by_spigget.png per esempio.I colori dell'arcobaleno sono in realtà un percorso particolare attraverso questo paesaggio a colori 3D.
Hmm.Preferisco usare una definizione più rigorosa del concetto di "dimensione", ma hai ragione.Ci sono vernacoli più sciolti, anche in matematica, che non aggiungono le disposizioni euclidee geometriche e fondamentali alla parola.
@canned_food Non potrei essere più in disaccordo con te.Rendermi conto che uno spettro di luce è un vettore infinte-dimensionale e che la nostra percezione del colore proietta quel vettore su uno spazio tridimensionale è stato un vero momento eureka per me (accaduto molti anni fa).Prima di allora c'erano sempre una serie di domande su luce e colore (come la domanda OP) su cui non riuscivo a capire bene.Sono stupito che questo non mi sia mai stato fatto notare durante i miei studi universitari in fisica.
@jkej: Penso che in parte non sia spiegato in fisica perché la percezione del colore non è realmente nell'ambito della fisica, è qualcosa che accade solo negli occhi e nel cervello.Quando si osservano oggetti del mondo reale (al contrario di macchie di colore puro come questa copertina di domande e risposte), le cose diventano ancora più complicate.
I cefalopodi possono utilizzare la distorsione cromatica per vedere la frequenza del colore più come un continuum (simile a come percepiamo il suono) piuttosto che come un punto a 3, 4 o 16 dimensioni - https://phys.org/news/2016-07-explanation-cefalopodi-nero-bianco-vision.html
@can-ned_food, "dimensione" è un concetto di algebra lineare.È una proprietà caratteristica di uno spazio vettoriale.In particolare, è la dimensione massima di qualsiasi insieme di vettori linearmente indipendenti da quello spazio.Il concetto si applica sia alla percezione umana del colore, dove i colori che percepiamo possono essere rappresentati in modo significativo come vettori 3D, sia ai colori fisici, dove ogni possibile spettro di potenza può essere significativamente rappresentato come un membro di uno _spazio funzionale_ (una sorta di infinito-spazio vettoriale dimensionale).
Esiste un limite di planck sulla frequenza della forma d'onda?
#2
+33
WillO
2017-08-09 20:59:43 UTC
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La risposta di Mikael Fremling è eccellente, ma ecco solo qualche dettaglio in più:

La luce che colpisce i tuoi occhi è una miscela di molte diverse lunghezze d'onda pure, tutte a intensità diverse.

Il sensore rosso nell'occhio calcola la media ponderata di tali intensità, con pesi concentrati intorno a 440 tz.Il sensore verde calcola una media ponderata diversa, con pesi concentrati intorno a 560thz, ecc. (Questo è un esempio stilizzato; sono sicuramente concentrati vicino ad altre lunghezze d'onda, non esattamente 440 e 560.)

Ogni tipo di sensore calcola un numero.Il tuo cervello interpreta questi tre numeri come un colore.

Esistono molte diverse combinazioni di intensità che producono tutte le stesse tre medie ponderate e quindi sembrano tutte identiche al tuo cervello.

Non c'è nessun sensore giallo nei tuoi occhi.I sensori in un bulbo oculare umano sono chiamati [_cone cells_] (https://en.wikipedia.org/wiki/Cone_cell) e ce ne sono tre tipi;"Rosso", "verde" e "blu".Ecco perché i nostri schermi di computer e TV a colori necessitano solo di emettitori rossi, verdi e blu.
@jameslarge: Come ho detto, questo è un esempio stilizzato.Ha lo scopo di spiegare il meccanismo, non di fissare i dettagli.Ma cambierò il giallo in verde.
@jameslarge andando fuori risposta di picco, è più simile al verde-giallastro, verde e blu-viola.I nomi propri sono coni S (breve), M e L.
@jameslarge Non li chiamiamo più rosso, verde e blu, principalmente perché quelli che venivano chiamati coni "rossi" in realtà rispondono più fortemente al verde giallastro.Chiamali coni di lunghezza d'onda lunga, media e corta o $ \ rho $, $ \ gamma $ e $ \ beta $.E la tua affermazione sugli schermi di computer e TV è una semplificazione eccessiva: la gamma di colori che uno schermo TV può visualizzare è molto più piccola della gamma di colori che puoi ottenere filtrando parti diverse dello spettro visibile.
@jameslarge: [Rods] (https://en.wikipedia.org/wiki/Rod_cell) ovviamente non esistono.Il picco di sensibilità intorno a 500 nm (circa 600 THz) e la riduzione a circa 640 nm (470 THz), non hanno rilevanza per la domanda.
@EricTowers, Sì, sono d'accordo e anche l'articolo a cui ti sei collegato è d'accordo;i bastoncelli non hanno rilevanza per la domanda.La domanda era specificamente su come percepiamo i colori.
@jameslarge: La mia esperienza con i laser rosa (laser NIR ad alta intensità che eccitano le lunghe code grasse delle aste ed eccitano a malapena i coni L) mi dice il contrario.
@jameslarge: La tua affermazione era "I sensori in un bulbo oculare umano sono chiamati cellule coniche", non "I sensori rilevanti per la tua domanda sono chiamati ...".Vengono in una quantità eccessiva di generi.85 varianti del cono L nei maschi umani sono riportate [qui] (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1182016) con variazioni di assorbanza del picco fino a circa 15 nm.Alcune donne sono tetracromatiche, esprimendo due diversi coni L in entrambi gli occhi.[Un altro insieme di cellule sensibili alla luce] (http://news.harvard.edu/gazette/story/2007/12/researchers-discover-second-light-sensing-system-in-human-eye/) sincronizza il ritmo circadiano.
#3
+25
Cort Ammon
2017-08-10 00:11:19 UTC
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Le risposte qui sono corrette, ma non hanno risposto alla tua domanda se altri animali possono rilevare un colore così "puro".

La prima parte difficile di questo è che non c'è modo di osservare una "onda sinusoidale pura" come una singola frequenza. Se vuoi conoscere la matematica, puoi indagare sulle trasformate di Fourier, ma fondamentalmente il semplice fatto che non puoi osservare il segnale per un periodo di tempo indefinito in realtà forza la più piccola sbavatura delle frequenze. Questo effetto è di gran lunga inferiore ad altri fattori come il rumore, ma lo indico perché mostra che è matematicamente impossibile osservare una singola frequenza di luce. Devi sempre osservare una banda. E, infatti, quella banda deve avere una certa sensibilità a tutte le frequenze. È solo matematica. Possiamo parlare di un'onda sinusoidale ragionevolmente pura, ma ci sono limiti matematici che ci impediscono di osservare qualcosa perfettamente.

Con questo in mente, possiamo parlare di se esiste una creatura in grado di osservare la banda dei "gialli". 510-540THz è una tipica gamma di frequenze a cui possiamo assegnare un colore "giallo" (le gamme effettive dipendono dalle percezioni personali, che sono ben oltre lo scopo di questa domanda). Quindi potresti chiedere se esiste un animale in grado di riconoscere le onde sinusoidali 510-540THz e di distinguerle da una miscela di rosso e verde che tu e io potremmo interpretare come gialle perché siamo tricromati.

A quanto pare, esiste una tale creatura!È il gambero mantide.Il gambero mantide ha sensori che sono sensibili a 16 bande diverse, piuttosto che al nostro misero 3. Tuttavia, il fumetto di farina d'avena collegato perde un'interessante limitazione del gambero mantide. Studi hanno dimostrato che i gamberetti mantide in realtà non hanno una percezione del colore così buona.A differenza di noi, non elabora i colori insieme.Non ci vogliono i rossi e i verdi per capire quanto è giallastro l'oggetto.Ogni banda di colore viene invece elaborata in modo indipendente.

Anche se questo significa che il gambero mantide non può vedere i colori come noi, significa che il suo stile di visione corrisponde esattamente a ciò che desideri: sensibilità a una banda di frequenze.

"Non riesco a vedere il colore come possiamo" è un'affermazione soggettiva.I gamberetti mantide possono "vedere il colore" abbastanza bene da fare qualsiasi cosa facciano i gamberetti con le informazioni sul colore, altrimenti si sarebbero evoluti o si sarebbero estinti.Gli esseri umani sono esattamente gli stessi, in quel senso.Ma la maggior parte degli umani non "usa" la visione dei colori per gli stessi scopi dei gamberetti!
@alephzero Vero, se hai prestato particolare attenzione a creare una definizione di vedere bene il colore che enfatizzi la velocità di rilevamento sul numero di colori distinguibili, potresti sostenere che la mantide è migliore.Tuttavia, il fatto è che possiamo rilevare diverse sfumature di colore che sono più vicine tra loro di quanto possano fare i gamberetti mantide.
La risposta potrebbe utilizzare un'immagine come questa http://www.physicsclassroom.com/Class/light/u12l2b2.gif.È interessante notare che gli occhi umani dovrebbero essere in grado di distinguere il giallo "puro" da un mix rosso-verde perché la risposta dei coni blu sarebbe diversa.Non ho idea se il nervo ottico o il cervello possano distinguerli però.
@JollyJoker Sì, i coni $ \ beta $ rispondono meno per il giallo puro rispetto al rosso + verde;ma considera la differenza tra giallo + una piccola quantità di bianco e rosso + verde.Entrambi stimoleranno i coni $ \ beta $ e, a seconda dei colori esatti e dei punti di forza utilizzati, le risposte di tutti e tre i gruppi di coni a "rosso + verde" possono essere identiche alle risposte a "giallo + un po 'di bianco".Il cervello tende a ignorare strani frammenti di luce bianca quando valuta il colore che sta vedendo.
@DawoodibnKareem Più precisamente, è il sistema visivo umano.Il lavoro iniziale che combina i segnali del cono viene svolto nella retina, prima ancora che i segnali raggiungano il nervo ottico.
@HWalters So di essere sempre combattuto quando sorgono domande sulla percezione umana su Physics.SE su dove dovrebbe essere tracciata la linea nella nostra catena di elaborazione del segnale.Troppo vicino alla retina e ottieni risposte fuorvianti.Troppo in profondità nel cervello e ottieni [risposte davvero strane] (https://en.wikipedia.org/wiki/Impossible_color).
@CortAmmon È proprio per questo che mi piace la frase "il sistema visivo umano" ... cancella la linea (specialmente quando entrambe le parti giocano un ruolo importante).
#4
+23
Emilio Pisanty
2017-08-10 00:04:16 UTC
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Come aggiunta alle risposte esistenti (eccellenti), per affrontare l'ultimo punto della tua domanda,

Oppure esistono macchinari in grado di farlo?

la risposta è yes: sono conosciuti come spectrometers e ti consentono di suddividere la luce nei colori dei suoi componenti fino a risoluzioni molto elevate, dandoti un output simile a questo:

Fonte immagine

Gli spettrometri possono essere macchine molto complicate, ma per semplici esempi puoi semplicemente usare un prisma di vetro triangolare o anche un CD vuoto come reticolo di diffrazione $ - $ e, in effetti, la sorgente dell'immagine sopra ha un bel tutorial su come costruire uno spettrometro fai-da-te a casa, che mostrerà differenze molto chiare tra ad esclandlelight vs torce a LED vs sorgenti luminose a incandescenza.

un prisma!:-) veramente ?Cioè, se mischio luce rossa e verde e la lancio attraverso un prisma, tornerebbe davvero rosso e verde e non giallo?
Infatti.Provalo con la luce solare bianca rispetto alla luce fluorescente "bianca".
@commonpike Sì, lo farà.La [fonte dell'immagine] (http://www.scienceinschool.org/2007/issue4/spectrometer) ha anche un buon tutorial per costruire uno spettrometro abbastanza buono con un CD e una scatola di cartone.Altre fonti di luce interessanti sono una torcia per smartphone (o altre luci LED bianche, sia fredde che calde), schermi di smartphone / laptop e lume di candela o altre fonti termiche.
@commonpike - Sì, assolutamente.È il cervello umano che decide che "rosso e verde mescolati insieme" e "giallo" sono la stessa cosa - non è una proprietà della luce stessa.E un prisma non è abbastanza intelligente per prendere la stessa decisione.
#5
+8
Yakk
2017-08-11 04:38:43 UTC
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La luce è di dimensioni infinite (fino alla sfocatura quantistica).

Il numero di fotoni di ciascuna frequenza di luce è indipendente dai fotoni di altre frequenze di luce, anche quelle alla più piccola distanza.

La nostra capacità di percepire la luce si basa (di solito) su un sistema a tre pigmenti nei nostri occhi (alcuni umani ne hanno 4, altri 2 e altri 1 o 0). Questi tre pigmenti, più il nostro cervello, mappano questo spazio dimensionale infinito in uno spazio tridimensionale.

Quando vediamo "rosso puro" più "verde puro" sembra "giallo", significa che quando eccitiamo i pigmenti nei nostri occhi con fotoni "rosso" e "verde" in quantità uguali, il risultato è lo stesso come se eccitassimo i pigmenti con fotoni "gialli".

I fotoni "rosso" e "verde" non diventano mai fotoni gialli . La tua incapacità di distinguere il rosso + il verde dal giallo è in effetti un'illusione ottica causata da limitazioni nel modo in cui vedi.

Una creatura con certi tipi di pigmenti diversi, o più, non confonderebbe "rosso + verde" e "giallo"; i due potrebbero sembrare completamente diversi.

A causa del modo in cui percepiamo la luce, ci sono colori che possiamo vedere che non corrispondono a nessuna singola frequenza della luce. Non ci sono fotoni "marroni", né fotoni "bianchi". Questi corrispondono a certe miscele di fotoni nella proiezione tridimensionale dello spazio colore infinito dimensionale che è luce reale.

Esistono strumenti che ci consentono di distinguere tra luce "rossa + verde" e "gialla". Il più semplice è un prisma: ogni fotone di luce sarà piegato in modo diverso da esso, quindi una stretta sorgente puntiforme di "fotoni gialli" si piegherà insieme, mentre "rosso + verde" sarà diviso dal prisma.

Nota che questo non corrisponde alla miscela di colori della tua classe artistica. La pittura si miscela tramite sottrazione (ogni pigmento assorbe determinati colori e riflette il resto, e quando ne mescoli due si verifica in una certa misura il loro assorbimento).

Fotoni o miscela di luce per aggiunta.

Una grande differenza è che se mescoli tutti i tuoi pigmenti insieme, ottieni un marrone o un nero fangoso (mescolare molti pigmenti può violare la regione in cui funziona l'approssimazione "l'assorbimento combina", impedendo che sia nero).Se mescoli tutte le luci insieme, ottieni il bianco (supponendo che siano nel giusto equilibrio).

Questa è un'ottima risposta, che spiega molto bene il fenomeno della visione dei colori.
Tranne che, la luce gialla e blu aggiunta è percepita come bianca (o grigia), non verde.L'aggiunta di luce verde e rossa è percepita come gialla.
@commonpike True.La miscela di colori della mia classe d'arte della scuola elementare mi ha lasciato con le miscele di colori sbagliate nella mia testa.La miscela di fotoni è cambiata in additivo, è stato aggiunto un anendum su come ho sbagliato.
Se inizi con un giallo abbastanza verdastro e un blu abbastanza verdastro, puoi effettivamente ottenere la luce verde mescolando i due.Ma per la maggior parte dei gialli e della maggior parte dei blu, otterrai un tipo di colore abbastanza indeterminato vicino al grigio o al bianco.
#6
+1
Eric Towers
2017-08-13 10:14:51 UTC
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Alla domanda "ci sono animali in grado di distinguere il giallo puro composito dal giallo puro singolare":

Sì.Umani (che portano gli occhiali).Per prima cosa ho capito che potevo guardare attraverso il bordo dei miei occhiali (e quindi attraverso un prisma ad hoc) spettri contenenti "viola" e distinguere tra viola (405 nm (circa 740 THz) da un diodo laser) e rosso + blu = spettri viola.Il diodo laser ha una larghezza spettrale di circa 1 nm (corrispondente a circa 2 THz), quindi è una sorgente di luce reale relativamente pura.Il rosso + il blu erano vari fluorofori organici, quindi non erano così spettralmente puri.

Non c'è niente di speciale sul "viola" in questa storia.Funzionerebbe perfettamente con il giallo rispetto al rosso + verde = giallo.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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