02 February 2012

ฟิสิกส์ของสี ตอนที่หนึ่ง

สี เป็นการรับรู้ทางดวงตาเมื่อมีแสงสีนั้นมากระทบ การอธิบาย เรื่อง สี (Color) อธิิบายได้มากมาย ไม่ว่าจะเป็นทางด้านอารมณ์ ความรู้สึก ซึ่งมีทั้งที่เป็นวิทยาศาสตร์ และไม่ใช่วิทยาศาสตร์ แต่ที่จะกล่าวถึงในตอนนี้ ก็กล่าวเฉพาะเรื่องราวที่เป็นทางวิทยาศาสตร์ และเน้นไปที่มิติิของฟิสิกส์เท่านั้น

ภาพจาก wikipedia.org
เริ่มต้นจากสมัยของ นิวตัน (Newton) ในศตวรรษที่ 17 ที่ความเข้าใจเรื่องสี เป็นไปในอีกลักษณะหนึ่ง โดยเข้าใจว่า สีขาว คือ สีบริสุทธิ์ ส่วนสีอื่นๆ เป็นการแปลงร่างของสีขาว ในตอนนั้นเรารับรู้กันแล้วว่า เมื่อผ่านแสงแดดไปยังแท่งแก้วสามเหลี่ยม ที่เรียกว่า ปริซึม (prism) จะทำให้เกิดแสงสีต่างๆได้ นิวตันเองได้ทำการทดลองเรื่องนี้ โดยนำปริซึมมาจัดวางในลักษณะดังภาพ


การทดลองของนิวตัน ได้เผยให้เห็นว่า แท้จริงแล้ว "แสงขาว" (แสงที่มากระทบฉากขาวแล้วเกิดเป็นสีขาว) ไม่ใช่สีเดี่ยว หรืออีกนัยหนึ่งก็คือ ไม่ใช่สีบริสุทธิ์ เพราะเฉดสีของแสงต่างๆ ที่หักเหออกจากปริซึมนั้น แยกเป็นสีต่างๆ คือ ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง เหมือนที่เห็นในแถบสีของรุ้งกินน้ำ

นิวตันทำการทดลองนำปริซึมมาอีกอันหนึ่ง แล้วทำการผ่านแสงบางส่วน ที่มีจำนวนสีน้อยลงมาผ่านปริซึมอีกครั้ง ซึ่งครั้งนี้ นิวตันได้สังเกตเห็นสีที่มีแถบสีที่ใกล้เคียงกันจำนวนน้อยลง หากพูดกันด้วยภาษาแบบฟิสิกส์ ก็คือ สีที่หักเหได้ในครั้งที่สองนี้มีลักษณะเป็น แสงเดี่ยว (monochromatic) มากขึ้น


ความเข้าใจเกี่ยวกับสีต่างๆ ที่รวมเป็นแสงขาวนี่เอง ที่นิวตันนำมาอธิบายการมองเห็นเนื้อสี (hue) ว่า การที่เราเห็นสีต่างๆ จากวัตถุได้นั้น เกิดจากการที่วัตถุนั้น สะท้อนหรือดูดกลืนสีต่างๆ ได้แตกต่างกัน เรามองเห็นวัตถุสีเหลือง ก็เพราะว่าวัตถุนั้นสะท้อนสีเหลืองได้มากกว่าสีอื่นๆ นั่นเอง

นิวตันได้แสดงให้เห็นด้วยว่า ถ้าเอาแสงสีต่างๆ เหล่านี้มาผสมกัน ก็จะทำให้เกิดเป็นสีอื่นๆ ได้ เช่น ถ้าเอาแสงสีแดง มาผสมกับแสงสีเหลือง บนฉากสีขาว เราจะมองเห็นเป็นสีส้ม และถ้าเอาแสงสีทั้งหมดมาผสมกัน มันก็จะได้สีขาวขึ้นมาอีกครั้งหนึ่ง

ครูขอแนะนำเว็บไซต์ที่มีการทดลองเสมือนย้อนรอยการทดลองของนิวตัน ที่นี่ครับ http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/scienceopticsu/newton/


แต่การจะทดลองได้นั้น บราวเซอร์ที่ใช้ต้องเปิดให้รันจาวาแอพเพล็ตได้ครับ (เหมือนกับการเล่นถาดคลื่นจำลองตอนที่ผ่านๆมา)

เรียกว่า ความเข้าใจเกี่ยวกับเรื่องแสงสี (color) และเนื้อสีของวัตถุ (hue) นั้นมีมากขึ้นจากคำอธิบายของนิวตัน ถึงแม้จะมีบางข้อสรุปที่มีข้อผิดพลาดอยู่บ้าง เช่น นิวตันคิดว่าจะต้องมีสีมากกว่า 2 แสงสี มาผสมกันจึงจะทำให้เกิดเป็นแสงสีขาวได้ แต่ฮอยเกนส์ ก็ได้แสดงให้เห็นว่า คู่สีบางคู่ ก็สามารถทำให้เกิดแสงสีขาวได้ เช่น สีเหลือง (yellow)และสีน้ำเงิน (blue) ซึ่งภายหลังนิวตันก็ได้ยอมรับแนวความคิดที่ว่ามีคู่สี หรือจำนวนสี ไม่มาก ก็สามารถทำให้เกิดแสงสีขาวได้  ซึ่งปรากฎในหนังสืออธิบายเกี่ยวกับแนวคิดของแสงสี ซึ่งเป็นรากฐานของวิชา OPTICS ในยุคต่อๆ มา

ตอนต่อๆ ไป ครูจะได้กล่าวถึงรายละเอียดของ แสงสี ที่ใช้อธิบายกันในยุคปัจจุบัน ตอนนี้จบแค่นี้ก่อนนะครับ