Урок 2. Как свет взаимодействует с поверхностью

Вы когда-нибудь задумывались, что такое свет на самом деле? Мы сталкиваемся с ним каждый день — он льется в окна, исходит от ламп, мониторов, отражается от стен. Свет помогает нам видеть и ориентироваться в пространстве. Но это не просто яркость или сияние. Свет — это электромагнитное излучение. Он распространяется в пространстве как волна, но при этом состоит из мельчайших частиц — фотонов. Его волновую природу теоретически предсказал Джеймс Максвелл, а позже экспериментально подтвердил Генрих Герц. А то, что свет ведет себя и как частица (фотон), доказал Альберт Эйнштейн, объяснив фотоэффект. Именно за эту работу он получил свою единственную Нобелевскую премию по физике в 1921 году.

Говоря о волновой природе света, важно понимать, что он принадлежит к тому же семейству электромагнитных волн, что и радиоволны (Wi-Fi, Bluetooth), рентген и гамма-лучи. Ключевое различие между всеми этими волнами — длина. У радиоволн она самая длинная (может достигать сотен метров и километров), а у гамма-лучей (радиация) — самая короткая (меньше размеров атома). 

Видимый человеком свет занимает очень узкий участок в этом огромном разнообразии волн и расположен между инфракрасными и ультрафиолетовыми.

Соответственно, инфракрасные волны, плюс волны света видимые человеческим глазом и ультрафиолетовые волны - вместе называются оптическим диапазоном. Инфракрасные и ультрафиолетовые волны невидимы для человеческого глаза, однако их способны «видеть» некоторые животные и насекомые, а также фиксировать специальные камеры.

Поскольку свет распространяется в пространстве именно как волна, у него есть измеряемые характеристики, главная из которых — длина волны. Именно эта длина определяет тот цвет, который видит наш глаз. 

Волны входящие в видимый человеком спектр измеряются в нанометрах. Вместе они дают белый свет. Который в свою очередь не имеет определенной длины волны, так как состоит из всех.

Хотя на самом деле спектр видимого света непрерывен и наш глаз способен различать миллионы оттенков, в нашей культуре прочно закрепилась традиция делить его на семь основных цветов.

Ответ на вопрос, почему именно семь, а не три или миллион, уходит корнями не в физику, а в историю. Эту традицию ввел Исаак Ньютон в XVII веке. Разложив солнечный свет с помощью призмы, он увидел непрерывный спектр, но для его описания решил выделить отдельные цвета. Он выбрал именно семь, потому что верил в мистическую связь между цветом, звуком и другими явлениями природы, проведя аналогию с семью нотами в музыкальной гамме.

Эта «музыкальная» идея нашла отражение в современном мире. Яркий пример — система колеровки красок компании Tikkurila. Ее основная колеровочная система называется «Симфония» (Symphony), а в старой версии этой системы “Monicolor Symphony” названия основных пигментов-колорантов напрямую соответствовали нотам:

Do — серые/черные тона
Re — зелёные
Mi — синие
Fa — красные/пурпурные
So — оранжевые
La — желтые
Ti — белый (от диоксида Титана)

Как мы уже было сказано, свет имеет двойственную природу (волны и частицы). Нильсом Бором сказал об этом свойстве так: «свет в полете — волна, при посадке — частица». Это означает, что у света есть две группы свойств:

• Корпускулярные (частичные) свойства проявляются, когда свет взаимодействует с веществом (пигментом, металлом). К ним относят фотоэффект, эффект Комптона, а также излучение и поглощение света атомами. Для нашего обучающего курса важно последнее - поглощение. Именно оно объясняет, как формируется цвет предметов и поверхностей, одновременно являясь причиной его разрушения под действием света.
• Волновые свойства описывают, как свет распространяется в пространстве и ведет себя на границе раздела двух сред — например, при переходе из космоса в атмосферу или из воздуха в лаковую пленку на поверхности. К ним относятся как базовые явления, такие как отражение и преломление, так и более сложные интерференция, дифракция и поляризация. 

В дальнейшем эти явления мы разберем более подробно так как они важны в работе с декоративными покрытиями и цветом.