Câte culori există?

Un ochi uman poate distinge numai mii sau milioane de culori – evident, nu se poate da o cifră precisă, deoarece culorile care sunt prea închiderea poate fi identificată din greșeală sau se poate spune din greșeală că aceleași culori sunt diferite și așa mai departe. Culorile RGB ale monitoarelor moderne generice pentru PC scrise cu 24 de biți, precum # 003322, disting $ 2 ^ {24} \ sim 17,000,000 $ culori.

Dacă neglijăm imperfecțiunile ochilor umani, există desigur multe culori în mod continuu. Fiecare frecvență $ f $ din spectrul vizibil dă o culoare diferită. Cu toate acestea, această numărare subestimează numărul real de culori: culorile date de o frecvență unică sunt doar culori „monocromatice” o r culori de lumină „monocromatică”.

De asemenea, putem combina frecvențe diferite – ceea ce este ceva total diferit decât adăugarea frecvențelor sau luarea mediei frecvențelor. În această numărare mai generoasă, există $ \ infty ^ \ infty $ culori de lumină în care atât exponentul, cât și baza sunt infinite „continue”.

Dacă uităm de vizibilitatea ochiului uman, frecvențele pot fi orice numere pozitive reale. Ei bine, dacă sunteți strict, există o limită inferioară „academică” a frecvenței, asociată cu o undă electromagnetică care este la fel de lungă ca Universul vizibil. Frecvențele mai mici chiar nu au sens ”. Dar aceasta este doar o problemă academică, deoarece nimeni nu va detecta sau vorbi vreodată despre aceste frecvențe extrem de scăzute, oricum.

Pe de altă parte, nu există o limită superioară a frecvenței. Acest lucru este garantat de principiul relativității: un foton poate fi întotdeauna stimulat de un alt șanț dacă trecem la un alt cadru de referință. Frecvența Planck este o valoare specială care poate fi construită din constante universale și diferite „procese caracteristice” în gravitația cuantică (în cadrul de repaus al unui obiect material, cum ar fi gaura neagră de dimensiuni minime) pot depinde de această frecvență caracteristică. Dar frecvența unui singur foton nu este „t în cadrul restului și poate fi în mod arbitrar ridicat.

Comentarii

• I ‘ M citesc cât de atent pot, dar se pare că ați abordat perspectiva unei limite inferioare și a unei limite superioare , dar nu ‘ nu se referă cu adevărat la finețea spectrului. Cuantica nu pune niciun fel de limite asupra numărului de frecvențe permise într-o anumită bandă? Se pare că, la un moment dat, practic totul din univers Se poate presupune că au stări discrete, am probleme să cred că fotonii ar fi diferiți.
• @Zassounotsukushi: QFT restricționează energia care poate fi stocată într-un mod de oscilație la orice frecvență dată la valori discrete. nu ‘ nu restricționează frecvențele posibile.Aceasta ‘ este o altă concluzie pe care o puteți obține din argumentul de invarianță al lui Lorentz Lubos menționat: un foton poate fi roșu / albastru deplasat la orice frecvență, făcând o schimbare adecvată a cadrului de referință. (Cu excepția cazului în care transformările Lorentz în sine sunt cuantificate, dar ‘ este o idee destul de nebună.)
• @David: Același argument care oferă o limită inferioară a frecvenței dă o limita inferioară pe două frecvențe distincte. Două frecvențe a căror lungime de undă este diferită de o cantitate care face mai puțin de un ciclu peste universul observabil nu se pot distinge. Inutil să spun că acest lucru nu are nicio legătură cu viziunea.
• Dragă @Zassounotsukushi, scuze dacă explicația nu a fost scrisă clar în răspunsul meu. Cred că am scris că frecvența este o cantitate cu adevărat continuă, dar poate că nu am reușit să justific afirmația. David Zaslavsky are totală dreptate, iar invarianța Lorentz este capabilă să demonstreze și continuitatea frecvențelor: nimic nu se poate schimba în legătură cu aceasta prin efecte cuantice (cu excepția cazului în care cineva funcționează într-o cutie care permite doar unde stând). BTW, David, un grup Lorentz cuantificat nu ar putea fi cu siguranță un subgrup obișnuit de $ SO (3,1) $ – nu ” suficient de dens ” subgrup ca acesta există.
• Dragă @ Ron, sunt de acord că ați putea avea dreptate: problemele la scară Hubble au fost schițate în partea răspunsului meu despre limita inferioară a frecvențelor. Pentru un univers cu limite, s-ar putea obține cu adevărat o cuantificare a frecvențelor, ca într-o cutie, dar cu o distanțare extrem de mică.

Culorile percepute de oameni sunt definite de gradul în care lumina va excita fotoreceptorii roșii, verzi și albastru din celulele conului ochiului. Există doar trei culori discrete pe care le putem percepe și sunt roșu, verde și albastru. Statisticile excitațiilor relative și absolute, cantitatea de roșu, verde și albastru în medie pe mai multe celule și pe mai mulți pași de timp, definește spațiul de culoare perceptiv. Este oarecum vag, deoarece cu cât mediați mai mult timp și cu cât aveți mai multe celule, cu atât puteți deosebi mai bine culorile. Dar gradațiile devin inutile după o anumită cantitate de rafinament.

Lungimile de undă ale luminii nu sunt în niciun fel primare, răspunsul celor trei fotoreceptori este. Motivul pentru care lungimile de undă diferite au culori diferite este că excită diferiții receptori diferit.

Acest lucru înseamnă că există un subespai tridimensional de culori, care este definit de gradul în care creierul poate integra semnalul pentru roșu, verde și albastru și determinați intensitatea fiecărei componente. Singura modalitate de a fi sigur de numărul de gradații al fiecăruia este de a face teste psihologice: uitați-vă la o divizare a scalei de intensitate pentru o culoare pură (o culoare care excită doar unul dintre fotoreceptorii) și vedeți cât de aproape poate fi intensitatea înainte ca intensitățile învecinate să nu poată fi distinse în mod fiabil. Este probabil între 255 și 512 pași pentru roșu și verde în gama standard a unui monitor și între 100 și 256 pentru albastru (aceasta este o presupunere bazată pe propriile amintiri ale percepției mele). Aceasta se află în „octava” standard a ecranului unui computer (ecranul nu este aproape de orbire și nici nu este abia vizibil, dar ochiul este logaritmic, deci acest interval ar trebui să fie același în numărul total de octave, cel mult 10, voi spune aproximativ 4, și mai mult pentru roșu / verde, apoi pentru albastru, astfel încât estimarea corectă este de aproximativ 1000 ^ 3, sau un miliard de culori.

Dar acest lucru nu ia în considerare răspunsul rodopsinei Răspunsul rodopsinei este separat de răspunsul culorilor, deoarece gama de rodopsină se suprapune cu toți cei trei receptori. Dacă includeți rodopsina ca separat, va trebui să vă înmulțiți cu încă 1000 de valori posibile sau cu un trilion de culori. Unele dintre aceste culori ar fi accesibil doar prin mijloace artificiale — ar trebui să stimulați rodopsina fără a stimula fosforii roșii, verzi sau albaștri, iar acest lucru ar putea fi posibil din punct de vedere chimic, ca și cum ați fi luat medicamente psihoactive, stări de vis, lipsa de oxigen. modalitatea ar putea fi folosirea imaginilor posterioare, care vor fi eliminate sensibilitatea anumitor receptori.

Dacă aveți în vedere viziunea umană există un număr definit (și surprinzător de mic) de culori distincte.

Aceasta este cunoscută sub numele de diagramă MacAdam și arată o regiune în jurul unei singure culori, pe un grafic de cromaticitate, care nu se distinge din culoarea din centru.
Numărul total de culori ar fi numărul de elipse necesare pentru a umple complet spațiul de culoare.Evident, acest lucru depinde de vârsta, sexul, iluminatul etc. individuale

În timp ce o frecvență specifică a luminii are o culoare, aceasta nu definește în mod unic acea culoare. Ochii umani au 3 receptori diferiți de „culoare”, fiecare dintre ele este mai sensibil la unele frecvențe decât altele. Consultați această imagine .

Există un număr infinit de culori, dar există probabil unele limite cu privire la cât de fin o persoană poate distinge între diferite intensități provenite de la fiecare tip de fotoreceptor.

În primul rând, culoarea este determinată de spectrul radiației electromagnetice din gama vizibilă. Majoritatea culorilor nu pot fi produse de o singură frecvență. Pe de altă parte, nu fiecare spectru oferă o culoare diferită, deoarece avem doar trei receptori diferiți în ochii noștri (de fapt sunt patru, dar unul tipul nu este utilizat pentru determinarea culorii). Prin urmare, recepția completă a culorilor se bazează pe un spațiu tridimensional (de aceea aproape toate spațiile de culoare, cum ar fi RGB, HSV, HSB, YUV au trei parametri). Rețineți totuși că, în ciuda acestui fapt, nu este adevărat că toate culorile pot fi generate amestecând doar trei culori (puteți puteți descrie toate culorile în, de exemplu, sRGB, dar atunci aveți nevoie valori negative pentru unele culori). Acest lucru se datorează faptului că nu toate tiparele de activare ale receptorilor pot fi produse de lumină. Într-adevăr, toate culorile spectrale (că toate culorile care corespund luminii cu o singură frecvență fixă) nu pot fi amestecate cu nimic altceva. Rețineți, de asemenea, că acest spațiu tridimensional conține, de asemenea, luminozitatea (spațiile de culoare HSV, HSB și YUV o separă ca o coordonată specifică), prin urmare, dacă faceți acest lucru, spațiul de culoare adevărat mai are doar doi parametri.

Cu toate acestea, nu putem distinge culorile apropiate arbitrare, prin urmare adevăratul spectru de culori este de fapt finit. Cu toate acestea, nu există nicio modalitate de a defini cu strictețe numărul de culori; într-adevăr, traducerea spectrelor în culori nu este la fel de bine definită ca ceea ce te-ar face să te gândești. De exemplu, percepția noastră face un echilibru de alb (de aceea, în analog fotografierea culorile arată greșit dacă ați făcut, de exemplu, o fotografie în lumină electrică cu film de lumină naturală și de ce aparatele foto digitale vin cu balans automat de alb), de asemenea, pentru a căuta un timp mai lung la aceeași culoare la o luminozitate suficientă, receptorii obosesc (de aceea, dacă te uiți la un perete alb, vei vedea imaginea în culori complementare). De asemenea, anumite modele de schimbare a intensității sunt percepute ca culori. Cu alte cuvinte, orice faceți va fi doar o aproximare la percepția adevărată a culorilor.

Câte culori există?

Niciuna.

Percepția noastră: Din câte știu eu, culorile sunt doar frecvențe diferite ale luminii. Potrivit Wikipedia, putem vedea lungimi de undă de la aproximativ 380 nm și 740 nm. Aceasta înseamnă că putem vedea lumina cu o frecvență de la aproximativ 4.051⋅10 ^ 14 Hz la aproximativ 7.889⋅10 ^ 14 Hz. Este corect?

Din câte știu, da. Deși voi adăuga că unii oameni pot vedea puțin în violet. Îmi imaginez că unii pot vedea puțin și în infraroșu.

Nu știu dacă timpul (și frecvențele) sunt valori discrete sau continue. Dacă ambele sunt continue, ar exista un număr nenumărat de „culori” . Dacă este discret, s-ar putea să nu existe în continuare nicio limită superioară.

Din câte știu, o lungime de undă sau o frecvență pot lua orice valoare, iar variația variază fără probleme.

O limită superioară? Am găsit articolul Ordinele de mărime a frecvențelor. Frecvența unghiulară Planck pare să fie cu mult mai mare decât toate celelalte frecvențe. Este aceasta cea mai mare frecvență posibilă? Are frecvențe mai mari sens în fizică?

Cred că ar putea exista un fel de legătură superioară la o frecvență fotonică , din cauza unei limitări a vitezei luminii. Dar nu pot să o dovedesc. Și depășește limitele UV, așa că nu cred că este relevant.

De ce pun această întrebare: îmi imaginez spațiul vectorial R4 ca R3, dar cu culori. Am nevoie de o cantitate infinită de culori, dacă acest lucru ar trebui să aibă sens. De fapt, numărul trebuie să fie de nenumărat.

S-ar putea să spui asta, dar când ai spus Câte culori există? Am spus că nu există. Deoarece lumina există și această lumină are o lungime de undă, o frecvență. Dar culoarea este un quale . Există doar în capul nostru. Deci, în adevăr, nu există deloc .

Comentarii

• ” Cred că ar putea exista un fel de legătură superioară la o frecvența fotonului, datorită limitării vitezei luminii. Dar nu pot ‘ să o dovedesc. ” Ehh … nu? Cum ‘ obțineți o frecvență legată de viteza fotonului? Vă rog să mă luminați.
• @Danu: lumina are o natură de undă transversală. Gândiți-vă la o undă transversală într-un volum elastic. Merge astfel → la o viteză $ v_s = \ sqrt {\ frac {G} {\ rho}} $. Așa cum se întâmplă, există ‘ o mișcare, mai întâi în acest mod ↑, apoi în acest fel this. Frecvența acestui lucru nu poate fi nelimitată, deoarece deplasarea în sus și în jos ar depăși limita elastică a materialului. Expresia pentru lumină este, desigur, $ c_0 = {1 \ over \ sqrt {\ mu_0 \ varepsilon_0}} $.