探寻色彩真谛：黑与白的视觉奥秘解析
人类是碳基生物。有趣的是，表面存在大量单元素材料——碳。
对于木炭、煤炭，人们的第一印象就是它是黑色的。木炭留下的视觉效果可以看作是对“什么是黑色”的直观定义。
自然界中有大量我们认为是黑色的物质，包括动物和植物。前者包括蜣螂、乌鸦等，后者包括黑豆、黑芝麻等。
在阳光下，黑色物体显得格外突出。那么，到底什么是黑色呢？
黑色首先是一种视觉判断。
今天我们知道，作为碳基生物，我们拥有的光感受器可以有效感知约390~780nm的波长范围。如果波长较长，就很难产生神经信号，最终会变得不可见。如果波长较短，则它是单光子。这足以造成伤害，因此不宜观看，所以我就不再看了。
可见波长范围之外的光是不可见的，谈论它们造成的视觉效果似乎不合适。
得知有红外线真是令人惊讶。
1681年，法国物理学家埃德梅·马里奥特（Edme Mariotte，1620-1684）发现玻璃可以阻挡热辐射； 1800年，英国天文学家威廉·赫歇尔（William Herschel，1738-1822）根据温度计检测到的热效应发现了红外光。
现在我们重点讨论波长在390至780nm范围内的所谓可见光。
为了让光能够被我们感知，除了其波长落在可见光范围内之外，它还必须具有足够的强度（流密度）。
当可见光的强度减弱到一定程度时，我们就有黑暗（黑暗、昏暗）的感觉。
信号强度非常小，很难被检测到。这是一个常见问题，与仪器的检测限相对应。当可见光的强度接近人眼的检测极限时，就会感觉“黑暗”。
为了应对弱光环境，人眼配备了两种视觉细胞（感光细胞）。在弱光环境下，人眼从视锥细胞转变为视杆细胞。这就是为什么人们在黑暗的房间里待了一段时间后，会发现为什么变得明亮了一点。
深色，常与黑色混合，称为深色。
没有人工照明的地方，黎明前有一段最黑暗的时光，有“伸手也看不见”的说法。
然而，黑暗并不等于黑色，黑色的东西也可以很亮。深色物体是看不见的。
黑色更多地指的是物体的属性。
检查具有光滑表面的均匀固体，其对入射光（仅考虑可见光）的行为可以通过透射率、吸收率 和反射率 来表征。
透明物体对应=0，0，1；白体对应=1、=0、=0；所谓黑体对应=1，=0，=0。
然而，这些只是表面的认识。
黑体辐射研究中的黑体是指吸收所有频率的所有入射光并将其全部转化为热量的物体。
黑体辐射研究也涉及白体。一些黑体辐射研究模型需要白体的存在。例如，Wien 1893 年的论文提到了白色物体。
在反射率=1的情况下，光滑表面将入射光向特定方向反射回来，这样的表面就是镜子（spiefelnd，镜面反射）；粗糙的表面将入射光均匀地向各个方向反射，使面条呈“白色”。
当使用腔模型研究黑体辐射时，腔的内表面通常被假设为镜面反射。
像++=1 这样的公式表达的是算术，而不是真正的物理。
反射率反映了物体表面的性质，严格来说是与空气界面的性质；因为它涉及两种物质之间的界面，所以原则上是不可能的。
吸收行为由材料的体积特性和几何形状决定。至于透过率，就是=1--的算术结果。
一块材料的吸收率反映了其吸收辐射能的有效性，表示为吸收能量与入射能量的比率。
检查光在物体中的传输情况，光的强度随入射强度的变化在距表面一定距离处衰减。透过率T=If/I0，那么-InT就是所谓的吸光度。
如果强度衰减仅由吸收引起（不考虑散射因子），则-InT=d，其中是吸收系数，这是材料的固有体积特性。
当一束光照射在物体上时（假设是固体，这种说法不发光，了解黑体辐射后你会发现它是错误的），光会被反射和吸收（也可能会造成再发光）。排放），其中一部分会通过。
如果来自物体后面的光不能穿过该物体进入我们的眼睛，在明亮的背景下可能会被判断为黑色，给人以黑色的印象；它是从我们所在的一侧发出的。当光线照射到这样的物体表面时，如果有一部分被反射，就会给人一种忽明忽暗的印象。
对可见光不透明意味着该材料对可见光有较强的吸收，因此该材料的能隙必须小于1.5eV，或者其等离激元频率必须高于410Hz。
常见的无定形碳对可见光有较强的吸收，呈黑色，故称为炭黑（可见光吸收率可达0.96）。
石墨是一种sp 键合的碳晶体。其带隙约为负0.04eV。它是半金属，能全线强烈吸收红外光，所以颜色较暗。
但石墨晶体强烈反射可见光，因此优质石墨晶体具有金属光泽。
近年来，超黑材料的研究方兴未艾。关键是对窄带隙材料的表面进行无序和粗糙化以消除反射。
既不透射也不反射光的物体是超暗的。
目前可用的超黑材料，如黑硅，对可见光的反射率几乎为零，其黑色绚丽得邪恶（图1）。
图1 不同层次的黑色。左：几乎不透明但反光的石墨晶体；右：恐怖的超黑材质
顺便说一句，黑色和黑暗在物理学中被用来标记许多事物，真实的和不真实的。
关于夜晚的黑暗，天体物理学领域有一种说法，叫做奥尔伯斯悖论（Heinrich Olbers，1758-1840）。
如果宇宙是无限的、静止的、大尺度上均匀的、有无限数量的恒星，那么我们在任何方向都可以看到恒星，而地球背向太阳的一面就不应该出现黑夜。现象。
存在黑夜这一事实与宇宙模型之间的矛盾被称为奥尔伯斯悖论。对于奥尔伯斯悖论的解释，各种动态宇宙模型都没有那么令人信服。
富兰克林的黑布吸热
光是人类与距离的唯一联系，光是最早的物理物体和工具。
光与物质之间的相互作用自然是物理学的一个主题。
太阳给我们带来光和热。
过去我们说光先天是指太阳和火的可见光，它属于视觉，是眼睛的感知；而热属于感知，是身体的感知。
物体遇光就会发热（后来我发现这是因为它们吸收了部分光）。
中国北方人冬天喜欢晒太阳，知道穿黑色棉袄、黑色棉裤更保暖。
历史上第一个记录黑色物体吸收光的实验是由美国人富兰克林进行的。
富兰克林是一位博学者，仅就学术方面而言，他是一位作家、科学家、发明家、出版商和哲学家（图2）。由于他对电的研究，他在物理学史上占有一席之地。
图2 富兰克林肖像（1778）
1736-1737年一个阳光明媚的冬日（记录为1737年1月25日），富兰克林将不同颜色的布铺在均匀飘落的雪上。
几个小时后，结果就可见了。黑色布在落雪上下沉最深，其次是灰蓝色布，白色布下沉最少。
由此，富兰克林得出结论，深色布料吸收更多热量。
许多年后，富兰克林写道，他用凸透镜（燃烧玻璃）将阳光聚焦在白色和黑色的纸上，发现白色的纸吸收的热量较少，点燃的时间比黑色的纸晚得多。
富兰克林可能受到罗伯特·博伊尔（Robert Boyle，1627-1691）、牛顿和赫尔曼·布尔哈夫（Herman Boerhaave，1668-1738）对光和热效应的解释的启发。
孩子们可以做这个实验，但关键是要想到做这样一个实验[参见I. B. Cohen,哈佛大学出版社(1990)，第9 章； N. G. Goodman（编辑），宾夕法尼亚大学出版社（1931），第181 页]。富兰克林的实验只能说是观察到，在同样的阳光条件下，黑布下面的雪融化得更多。
说黑布吸收更多的热量在当时已经足够模糊了，因为热量是什么以及如何定量描述热量仍然需要更多的研究。
有趣的是，相当多完成热力学课程的人仍然对热是什么感到困惑。
不同颜色的物体在阳光下加热的程度不同。黑色物体在阳光下很容易变热。这应该很早就被人们所认识和应用了。
北方人冬天喜欢穿黑色衣服，因为黑布吸收阳光的能力强，比较保暖；夏季，南方阳光炎热，人们选择穿白色衣服，因为白色物体反光能力较强。
然而，出现了一个问题。如果选择白色衣服可以有效反射阳光，避免发热，那么为什么热带地区的人皮肤黝黑而不选择白色皮肤呢？
“我被晒黑了”的简单解释有点肤浅。
以后我们就会知道，黑色物体具有很强的发光能力。作为一个必须不断散热的生命体，如何在外界高温环境下有效散热是一个重要的考虑因素。
不代表中国科学院物理研究所立场
相关问答
答： 有些人眼中的黑色可能并不能完全呈现我们传统意义上理解的黑色的样子，这可能是由于个人对颜色的感知不同，或者受到某种环境因素的影响。 比如，有些疾病会让人对视觉色彩进行错误处理，导致他们看到的“黑”与正常人的理解不符。另外，光线强弱也会影响我们对颜色的感知，在昏暗的环境中，原本鲜艳的颜色可能看起来更加黯淡，甚至接近黑色。
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答： 或许眼前的黑并不是绝对的黑，而是介于黑色和灰色之间的深色，或者混合了其他颜色的阴影。 也有可能是一种特殊的视觉效果，就像光影游戏中的那些变化莫测的色彩层次一样，需要结合周围的环境才能准确判断它究竟是什么颜色。
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答： "白"并不仅仅指我们传统的白色，更像是用来对比“黑”的一种概念。 可能是作者想要表达一种观点， 强调了现实并非黑白分明，而是错综复杂的多样性，充满了难以捉摸的灰色地带。 在这样的语境之下，“白”就代表了一种对另一种观点、立场或者想法的肯定和标注。
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答： 另外，"白" 也可能带有象征意义，代表着纯粹、光明，甚至是理想状态。 作者或许是想表达一种诉求，希望人们能够抛弃固有的观念偏见，去寻找更真实、更多元的理解。 在这个前提下，“白”就成为了一个精神寄托，象征着人们追求的光明和美好。
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