Kolik barev existuje?

Lidské oko dokáže rozlišit pouze tisíce nebo miliony barev – očividně nelze určit přesnou hodnotu, protože barvy jsou příliš close může být mylně identifikováno nebo stejné barvy mohou být mylně považovány za odlišné atd. Barvy RGB obecných moderních počítačových monitorů napsané 24 bity, například # 003322, rozlišují $ 2 ^ {24} \ sim 17 000 000 $ barvy.

Pokud zanedbáme nedokonalosti lidských očí, samozřejmě existuje neustále mnoho barev. Každá frekvence $ f $ ve viditelném spektru dává jinou barvu. Toto počítání však skutečně podhodnocuje skutečné číslo barev: barvy dané jedinečnou frekvencí jsou jen „monochromatické“ barvy o r barvy „monochromatického“ světla.

Můžeme také kombinovat různé frekvence – což je něco úplně jiného, než přidat frekvence nebo vzít průměr frekvencí. V tomto velkorysějším počítání existují $ \ infty ^ \ infty $ barvy světla, kde exponent i základna jsou „spojité“ nekonečna.

Pokud zapomeneme na viditelnost lidským okem, frekvence mohou to být jakákoli skutečná kladná čísla. Pokud jste „přísní“, existuje „akademická“ dolní hranice frekvence spojená s elektromagnetickou vlnou, která je tak dlouhá jako viditelný vesmír. Nižší frekvence „nedávají smysl“. Ale toto je jen akademický problém, protože o těchto extrémně nízkých frekvencích stejně nikdo nikdy nezjistí ani o nich nemluví.

Na druhou stranu neexistuje žádná horní hranice frekvence. To je zaručeno principem relativity: foton může být vždy posílen jiným příkopem, pokud přepneme na jiný referenční snímek. Planckova frekvence je speciální hodnota, kterou lze zkonstruovat z univerzálních konstant a na této charakteristické frekvenci mohou záviset různé „charakteristické procesy“ v kvantové gravitaci (v klidovém rámci hmotného objektu, jako je černá díra minimální velikosti). Frekvence jediného fotonu však v klidovém rámci není t a může být libovolně vysoká.

Komentáře

• I ‚ čtu tak podrobně, jak jen mohu, ale zdá se, že jste se zabývali vyhlídkou na dolní limit a horní limit , ale ne ‚ Opravdu neřeší konečnost spektra. Nestanovuje kvantum žádné limity na počet povolených frekvencí v daném pásmu? Vypadá to, že v určitém okamžiku prakticky vše ve vesmíru lze předpokládat, že budou mít diskrétní stavy, mám potíže s přesvědčením, že fotony by se lišily.
• @Zassounotsukushi: QFT omezuje energii, kterou lze uložit v režimu oscilace na libovolné dané frekvenci, na diskrétní hodnoty. neomezuje ‚ možné frekvence.To ‚ s dalším závěrem, který můžete získat z argumentu Lorentzovy invariance, který uvedl Lubos: foton lze vhodným způsobem změnit referenční rámec na libovolnou frekvenci červeně / modře. (Pokud nejsou Lorentzovy transformace samy o sobě kvantifikovány, ale ‚ je dost šílený nápad.)
• @David: Stejný argument, který dává dolní mez frekvence, dává dolní mez na dvou rozlišitelných frekvencích. Dvě frekvence, jejichž vlnová délka se liší o množství, které dělá méně než cyklus v pozorovatelném vesmíru, jsou nerozeznatelné. Není nutné říkat, že to nemá nic společného s vizí.
• Vážený @Zassounotsukushi, omlouvám se, pokud vysvětlení nebylo v mé odpovědi napsáno jasně. Myslím, že jsem napsal, že frekvence je skutečně spojitá veličina, ale možná jsem nedokázal tvrzení ospravedlnit. David Zaslavsky má úplnou pravdu a Lorentzova invariance dokáže prokázat kontinuitu frekvencí také: nic se na tom nemůže změnit pomocí kvantových efektů (kromě případů, kdy jeden pracuje v krabici, která umožňuje pouze stojaté vlny). BTW, David, kvantovaná skupina Lorentz určitě nemohla být obvyklou podskupinou $ SO (3,1) $ – žádná “ dostatečně hustá “ podskupina jako tato existuje.
• Vážený @Ron, souhlasím, že máte pravdu: problémy v Hubbleově měřítku byly načrtnuty v části mé odpovědi o spodní hranici frekvencí. Pro vesmír s hranicemi by se dalo skutečně získat kvantování frekvencí, jako v krabici, ale s šíleně malou roztečí.

Barvy, které lidé vnímají, jsou definovány podle toho, do jaké míry bude světlo vzrušovat červené, zelené a modré fotoreceptory v buňkách oka. Existují pouze tři oddělené barvy, které můžeme vnímat, a to červená, zelená a modrá. Statistika relativního a absolutního buzení, množství červené, zelené a modré zprůměrované na mnoha buňkách a na mnoha časových krocích, definuje percepční barevný prostor. Je to poněkud vágní, protože čím delší průměrujete a čím více buněk musíte průměrovat, tím jemnější barvy můžete rozlišit. Ale gradace se po určité míře zdokonalení stanou zbytečnými.

Vlnové délky světla nejsou nijak primární, reakce tří fotoreceptorů je. Důvodem, proč mají různé vlnové délky různé barvy, je to, že odlišně vzrušují různé receptory.

To znamená, že existuje trojrozměrný podprostor barev, který je definován mírou, do jaké může mozek integrovat signál pro červená, zelená a modrá a určete intenzitu každé složky. Jediným způsobem, jak si být jisti počtem gradací každé z nich, je provést psychologické testování: podívejte se na rozdělení stupnice intenzity pro čistou barvu (barvu, která vzrušuje pouze jeden z fotoreceptorů) a uvidíte, jak blízko může být intenzita před sousedními intenzitami nelze spolehlivě rozlišit. Pravděpodobně je to mezi 255 a 512 kroky pro červenou a zelenou ve standardním rozsahu monitoru a mezi 100 a 256 pro modrou (jedná se o odhad založený na mých vlastních vzpomínkách na mé vlastní vnímání). Toto je ve standardní „oktávě“ obrazovky počítače (obrazovka není téměř oslepující, ani není nikdy sotva viditelná, ale oko je logaritmické, takže tento rozsah by měl být stejný v celkovém počtu oktáv) 10, řeknu asi 4 a více pro červenou / zelenou, pak pro modrou, takže správný odhad je asi 1000 ^ 3 neboli miliarda barev.

To ale nebere rhodopsinovou odpověď do účet. Odpověď rhodopsinu je oddělená od barevné odpovědi, protože rozsah rhodopsinu se překrývá se všemi třemi receptory. Pokud zahrnete rhodopsin jako samostatný, budete muset vynásobit dalších 1000 možných hodnot nebo bilion barev. Některé z těchto barev by bylo přístupné pouze umělými prostředky — museli byste stimulovat rhodopsin, aniž byste stimulovali červený, zelený nebo modrý fosfor, a to by bylo možné chemicky, jako kdybyste užili psychoaktivní léky, vysněné stavy, nedostatek kyslíku. způsobem může být použití afterimages, které budou odstraněny citlivost určitých receptorů.

Pokud uvažujete o lidské vizi, existuje určitý (a překvapivě malý) počet rozlišitelné barvy.

Toto je známé jako MacAdam diagram a zobrazuje oblast kolem jedné barvy na chromatickém grafu, která je nerozeznatelná od barvy ve středu.
Celkový počet barev by byl počet elips potřebných k úplnému vyplnění barevného prostoru.Zřejmě to záleží na věku, pohlaví, osvětlení atd.

Ačkoli určitá frekvence světla má barvu, jednoznačně tuto barvu nedefinuje. Lidské oči mají 3 různé „barevné“ receptory, každá z nich je na některé frekvence citlivější než jiné. Viz tento obrázek .

Existuje nekonečné množství barev, ale existuje pravděpodobně nějaká hranice toho, jak jemně může člověk rozlišovat mezi různými intenzitami vycházejícími z každého typu fotoreceptoru.

Za prvé, barva je určena spektrem elektromagnetického záření ve viditelném rozsahu. Většina barev nemůže být vytvořena jedinou frekvencí. Na druhou stranu ne každé spektrum dává jinou barvu, protože máme pouze tři různé receptory v našich očích (ve skutečnosti jsou čtyři, ale jeden typ se nepoužívá k určení barvy). Proto je kompletní příjem barev založen na trojrozměrném prostoru (proto téměř všechny barevné prostory, jako RGB, HSV, HSB, YUV mají tři parametry). Pamatujte však, že navzdory tomu není pravda, že všechny barvy lze generovat smícháním pouze tří barev ( můžete popsat všechny barvy např. V sRGB, ale pak potřebujete záporné hodnoty pro některé barvy). Je to proto, že ne všechny vzorce aktivace receptorů mohou být produkovány světlem. Ve skutečnosti všechny spektrální barvy (tj. Všechny barvy, které odpovídají světlu pouze jedné pevné frekvence) nelze smíchat s ničím jiným. Všimněte si také, že tento trojrozměrný prostor také obsahuje jas (barevné prostory HSV, HSB a YUV to oddělují jako konkrétní souřadnici), takže pokud to zohledníte, skutečnému barevnému prostoru zbývají pouze dva parametry.

Nemůžeme však rozlišovat libovolné blízké barvy, proto je skutečné barevné spektrum ve skutečnosti konečné. Neexistuje však žádný způsob, jak přesně definovat počet barev; překlad spektra do barev není přesně definován tak, jak by vás vedlo výše. Například naše vnímání vytváří vyvážení bílé (proto v analogovém fotografie barvy vypadají špatně, pokud jste udělali např. fotografii v elektrickém světle s filmem denního světla a proč digitální fotoaparáty přicházejí s automatickým vyvážením bílé), také při pohledu na delší dobu při stejné barvě při dostatečném jasu se receptory „unaví“ (proto když se podíváte na bílou zeď, uvidíte obrázek v doplňkových barvách). Také určité vzorce změny intenzity jsou vnímány jako barvy. Jinými slovy, cokoli uděláte, bude to jen přiblížení skutečnému vnímání barev.

Kolik barev existuje?

Žádné.

Naše vnímání: Pokud vím, barvy jsou jen různé frekvence světla. Podle wikipedie vidíme vlnové délky od přibližně 380 nm do 740 nm. To znamená, že můžeme vidět světlo s frekvencí od přibližně 4,051⋅10 ^ 14 Hz do přibližně 7,889⋅10 ^ 14 Hz. Je to správně?

Pokud vím, ano. I když dodám, že někteří lidé do ultrafialové trochu vidí. Dokážu si představit, že někteří také vidí trochu do infračervené oblasti.

Nevím, zda jsou čas (a frekvence) diskrétní nebo spojité hodnoty. Pokud jsou obě spojité, existovalo by nespočetné množství „barev“ . Pokud je diskrétní, stále nemusí existovat žádná horní mez.

Pokud vím, vlnová délka nebo frekvence může mít jakoukoli hodnotu a liší se hladce.

Horní hranice? Našel jsem článek Řádové frekvence. Planckova úhlová frekvence se zdá být mnohem vyšší než všechny ostatní frekvence. Je to nejvyšší frekvence, která je možná? Dávají vyšší frekvence ve fyzice smysl?

Myslím, že by mohla existovat nějaká horní hranice fotonové frekvence kvůli omezení rychlosti světla. Ale nemohu to dokázat. A je to daleko za hranicí UV, takže si nemyslím, že je to relevantní.

Proč si kladu tuto otázku: představuji si vektorový prostor R4 jako R3, ale s barvami. Potřebuji nekonečné množství barev, pokud by to mělo mít smysl. Ve skutečnosti musí být toto číslo nespočetné.

Dalo by se to říci, ale když jste řekli Kolik barev existuje? Řekl jsem, že žádné. Protože světlo existuje a toto světlo má vlnovou délku, frekvenci. Ale barva je quale . Existuje pouze v naší hlavě. Takže ve skutečnosti vůbec neexistuje .

Komentáře

• “ Myslím, že by mohla existovat nějaká horní hranice frekvence fotonů, kvůli omezení rychlosti světla. Ale nemohu to ‚ prokázat. “ No … ne? Jak ‚ odvodíte frekvenci vázanou na rychlost fotonu? Prosím, osvíťte mě.
• @Danu: světlo má příčnou vlnovou povahu. Přemýšlejte o příčné vlně v elastickém objemu. Tak to jde → rychlostí $ v_s = \ sqrt {\ frac {G} {\ rho}} $. Jak to tam děje ‚, mává se nejprve tímto způsobem ↑, potom tímto způsobem ↓. Četnost toho nemůže být neomezená, protože posunutí nahoru a dolů by překročilo mez pružnosti materiálu. Výraz pro světlo je samozřejmě $ c_0 = {1 \ over \ sqrt {\ mu_0 \ varepsilon_0}} $.