Hier gibt es einige Probleme.

1. Ein rosa Objekt (# FF00FF) erscheint nicht rosa, weil jedes Atom rosa ist (es gibt keine Wellenlänge des Lichts, die vom normalen menschlichen Auge als gleich rosa wahrgenommen wird. Was passiert, ist ein rosa Objekt emittiert (oder reflektiert) Licht mit mehreren Wellenlängen, das in das Auge eintritt und erfasst und verarbeitet wird, damit wir seine Farbe als rosa wahrnehmen können. Ein einzelnes Atom könnte uns daher unter normalen Bedingungen nicht als rosa erscheinen, weil es emittiert Photonen mit den entsprechenden Wellenlängen nicht schnell genug, so dass wir keine Schwingung, sondern ein stetiges Rosa sehen.

2. Selbst für Farben, die einer einzelnen Lichtwellenlänge entsprechen, würden wir eine signifikante Anzahl von Atomen benötigen, bevor sie genügend Photonen emittieren, um eine stabile statistische Verteilung der Wellenlängen (Emissionsspektrum genannt) zu bilden, die wir dann können wahrnehmen und mit den Farben vergleichen, die wir zuvor erlebt haben. Wie viele Atome benötigt werden, hängt natürlich von der Emissionsrate ab, die proportional zur Leistungsabgabe ist. Für die Reflexion würde es weitgehend von der Intensität des auf das Objekt einfallenden Lichts abhängen.

3. Und natürlich können Moleküle, Komplexe und makromolekulare Strukturen im Vergleich zu ihren einzelnen Atomen sehr unterschiedliche Spektren aufweisen, da sich die Energieniveaus für Elektronen drastisch ändern, wenn Bindungen gebildet (oder gebrochen) werden. Zum Beispiel ist wässriges $ Fe ^ {3 +} $ gelb, während wässriges $ Fe ^ {2 +} $ grün ist, während festes $ Fe_2O_3 $ rotbraun ist.

4. Nur etwa 10% des auf das Auge einfallenden Lichts gelangt tatsächlich zur Netzhaut. Selbst diejenigen, die auf die Netzhaut treffen, werden möglicherweise nicht erkannt.

5. Ein menschliches Auge hat Rezeptoren, die als Zapfen und Stäbchen bezeichnet werden. Übrigens reagiert ein Stab can tatsächlich auf ein einzelnes Photon, das auf ein aktives Molekül darin trifft und letztendlich einen elektrischen Impuls im Sehnerv auslöst. Ein Kegel kann theoretisch auch auf ein einzelnes Photon reagieren, aber aus dem folgenden Grund reicht ein einzelnes Photon nie aus, um seine 'Farbe' zu erkennen.

6. Jeder Kegel absorbiert einfallende Photonen mit unterschiedlichen Frequenzen und unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten. Genau so können wir viele Farben mit nur drei Arten von Kegeln sehen, da Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen dadurch unterschieden werden kann, wie stark sie von jedem Kegeltyp absorbiert werden.

   ( https://en.wikipedia.org/wiki/File:1416_Color_Sensitivity.jpg)

   Da ein Photon jedoch nur von einem einzelnen Kegel absorbiert werden kann, bedeutet dies auch, dass die Netzhaut und das Gehirn viele Photonen aus derselben Quelle benötigen, bevor sie ein statistisches Bild der Absorption durch die drei Zapfentypen erhalten kann, die es dann erhält interpretiert als Farbe. Dies ist der Hauptgrund, warum wir Tausende von Photonen von einer Punktquelle benötigen, bevor wir ihre Farbe klar von der anderer Objekte unterscheiden können. Je geringer die Lichtintensität ist, desto schwieriger ist es für uns, Farben zu unterscheiden. Und beachten Sie, dass wir die Kombination von reinem rotem und reinem grünem Licht (nämlich die Kombination von Licht mit zwei verschiedenen Frequenzen) genauso wahrnehmen wie reines gelbes Licht (mit der entsprechenden Einzelfrequenz), weil sie das gleiche Absorptionsprofil für ergeben die drei Arten von Zapfen.

7. Stäbchen sind viel dichter als Zapfen, außer in der Fovea, wo es fast keine Stäbchen gibt, und daher kann man im Dunkeln um den zentralen Punkt besser sehen. In der Fovea sind die "blauen" empfindlichen Zapfen (S-Zapfen) mit etwa 5% ebenfalls seltener als die beiden anderen Typen, während die "roten" empfindlichen Zapfen (L-Zapfen) etwa 50% aufweisen % bis 75%.

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Der Nettoeffekt besteht darin, dass Sie ungefähr 100.000 Photonen von demselben Punkt benötigen, der auf Ihr Auge fällt, bevor Sie seine Farbe mit normaler menschlicher Genauigkeit wahrnehmen können, noch mehr für blaues Licht.

Und schließlich gibt es Rayleigh-Streuung in der Erdatmosphäre, die "violettes" Licht (400 nm Wellenlänge) etwa 7 $ so stark streut wie rotes Licht (650 nm Wellenlänge).

Es kommt darauf an, was Sie unter "sehen" verstehen. In einem Beugungsgitter fällt sogar ein Photon in das Band der "Farbe", die ihm aufgrund seiner Frequenz / Energie zugewiesen wird.

Ein großes Ensemble von Photonen ist notwendig, um Licht zu "sehen", was durch die klassische Elektrodynamik beschrieben wird. Aus diesem Doppelspaltexperiment können Sie sich ein Bild davon machen, wie viele Photonen erforderlich sind, um sich wie ein klassischer Elektromagnetismus zu verhalten:

Einzelphotonen-Kameraaufnahme von Photonen aus einem Doppelspalt, der von sehr schwachem Laserlicht beleuchtet wird. Von links nach rechts: Einzelbild, Überlagerung von 200, 1'000 und 500'000 Bildern.

Das Einzelbild hat vielleicht 50 Photonen; Nach 200 Bildern erscheint das Interferenzmuster. Ich würde also antworten, dass bei 10000 Photonen die Farbe durch die komplizierte Optik der Netzhaut des Auges sichtbar sein sollte.

Nach Abstimmungen bearbeiten.

Bitte beachten Sie, dass der Titel der Frage nach meiner Beantwortung drastisch bearbeitet wurde. Es gibt eine Antwort mit Wahrnehmung. Dies umfasst die Detektion von Photonen.

Um die Farbe eines Materiestücks zu sehen, sind (1) eine Lichtquelle und (2) ein Materiestück erforderlich. Dritter Fall (3) Die Atome selbst können die Lichtquelle sein. Ihre Frage ist daher nicht gut formuliert. Sie sehen keine Farbe, wenn kein Licht vorhanden ist.

Zunächst scheint es sich um die Frage zu handeln: Wie viele Photonen werden in einer bestimmten Zone der Netzhaut benötigt, um einen Farbreiz zu erzeugen?

Um mit bloßem Auge in einem dunklen Raum zu beobachten, woran Sie denken, benötigen Sie:

• entweder ein ausreichend großes Stück Materie, gekoppelt mit einem ausreichend hellen Lichtstrahl

• oder ein Stück Materie, das von sich aus genügend Licht abgibt, um wahrgenommen zu werden und eine Farbe zu haben

Sie sollten wissen, dass Ihre Ergebnisse in einem dunklen Raum und bei Tageslicht unterschiedlich sind:

• In einem dunklen Raum sind die Lichtpunkte, die Sie beobachten, ab einer bestimmten Schwelle deutlich sichtbar.

• Bei Tageslicht benötigen Sie mehr Licht, das Umgebungslicht "schmilzt" die Reize

Wenn ein Physiker hier die Leistung in Photonen berechnen kann, können Sie Ihre Frage folgendermaßen testen:

Gehen Sie zu Photoshop und erstellen Sie ein schwarzes Bild. Zeichnen Sie nun einige Punkte mit 1 x 1 Pixel darauf und betrachten Sie das Bild mit 100% iger Vergrößerung:

(schauen Sie genau hin, es gibt rote, grüne, blaue, magentafarbene Punkte)

Ich persönlich habe einen 15-Zoll-4k-Bildschirm. Daher ist es möglich, die Punktgröße zu bestimmen, wenn ich die Bildschirmauflösung und die Geometrie der Subpixel kenne. Sie können auch die Anzahl der von einem Punkt emittierten Photonen berechnen, wenn Sie den Wert jeder Farbe in Bezug auf die radiometrische Leistung kennen.

Die Anzahl der Photonen, die auf Ihre Netzhaut treffen, hängt von der Pixelgröße, der Farbe des Pixels (dem Emissionsspektrum des Pixels mit einer bestimmten RGB-Farbe) und Ihrer Entfernung zum Bildschirm ab.

Interessant ist hier, dass die Antwort, die Sie suchen, von der Pixelfarbe abhängt:

• Es ist mir fast unmöglich, die blauen Pixel zu sehen, wenn ich nicht sehr nah vom Bildschirm komme

• das gleiche gilt für rote und magentafarbene Pixel, aber ich kann sie und ihre Farbe immer noch in größerer Entfernung (etwa zweimal mehr) sehen.

• grüne Pixel sind viel heller (nicht weil sie mehr Photonen emittieren, sondern eher weil meine Netzhaut empfindlicher für Grün ist), ich kann den Punkt immer noch in der + - 8-fachen Entfernung sehen, ABER nach aBei einer bestimmten Schwelle sehe ich nur a monochromatische dot, keine green.

Jetzt können Sie sehen, dass die Antwort auf Ihre Frage komplizierter ist als impliziert, wie Sie sie gestellt haben.

Farbe ist ein biologisches / mentales Phänomen, kein physisches.

Dies wird durch die Farbe Pink oder die Tatsache, dass rotes und blaues Licht zusammen rosa Licht ergeben, gut veranschaulicht:

Die Primärfarben des Lichts sind Rot, Grün und Blau, nicht wegen irgendeiner Physik, sondern weil dies die Wellenlängen sind, für die unsere Augen empfindlich sind.

Die Antwortkurven für jede Farbe sind daher etwas breit: Wenn gelbes Licht auf unsere Augen fällt, stimuliert es die roten und die grünen Rezeptoren ein wenig. Wenn unser Auge durch ein rotes Licht mit einem grünen Licht stimuliert wird, sind die von den Zellen erzeugten Signale nicht von gelb zu unterscheiden. Auf diese Weise täuschen uns Computermonitore vor, dass sie ein Spektrum erzeugen.

Pink ist keine Farbe, da es keine einzelne Lichtwellenlänge gibt, die Sie sinnvoll als "Pink" bezeichnen können - es muss eine Mischung sein. Der Grund dafür ist, dass eine Wellenlänge zwischen Rot und Blau die roten und blauen Rezeptoren nicht so stimulieren würde wie gelbes Licht für rote und grüne Rezeptoren - die Wellenlänge zwischen rot und blau ist einfach grün. Wir nehmen die rot + blaue "Farbe" nicht als Interpolation wahr, sondern als völlig neue, nicht-physische Halluzination einer "Farbe", die in der realen Welt nicht wirklich "existiert".

Wie andere bereits betont haben, haben einzelne Atome eine Farbe. Diese geben die charakteristischen Spektren von Neonlampen oder die Absorptionsspektren der äußeren Schichten von Sternen an. Wenn verschiedene Atome in einer Mischung zusammen sind, sehen wir ihre Gesamtfarbe als eine Mischung (vielleicht braun). Oder wenn die Atome nahe genug sind, damit sich ihre Wellenfunktionen überlappen (dh sie haben eine chemische Bindung), kann sich die charakteristische Wellenlänge der gesamten Sammlung ändern (IIRC, deshalb haben bestimmte Metalle wie Gold anomale Farben).

Grundsätzlich sind die Wellenlängen des Lichts alle in der Natur vorhanden.Die Farbe ist ein Produkt unseres Geistes und unserer Augen.

Jeder Atomtyp hat ein spezifisches Absorptions- / Transmissionsspektrum, ebenso wie jeder spezifische Molekültyp, z. ein Wassermolekül, das aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom besteht. Das Spektrum gibt an, welche Frequenzen / Wellenlängen des Lichts vom Molekül emittiert oder absorbiert werden und wie viel von jeder Frequenz / Wellenlänge. Wir interpretieren unterschiedliche Frequenzen / Wellenlängen als unterschiedliche Farben.

Wenn Sie ein einzelnes Atom dazu anregen können, schnell genug genug Licht zu erzeugen, können Sie Farbe sehen (eine Mischung aller seiner Emissionsfrequenzen). Die Antwort ist also, dass unter den richtigen Bedingungen nur ein einziges Atom benötigt wird.

Wenn Sie mehr Atome haben, kann jedes durchschnittlich weniger Photonen emittieren, um die gleiche Gesamtintensität zu erzielen. Es gibt den zusätzlichen Vorteil, dass die Atome über einen größeren Bereich verteilt sind, was bedeutet, dass mehr von Ihrer Netzhaut gleichzeitig stimuliert werden kann.

Der Rest Ihrer Frage bezieht sich auf die Biologie, nicht auf die Physik, d. h. wie empfindlich ist das menschliche Auge für Licht und wie viel Licht wird benötigt, um Farbe sehen zu können? Dies ist die Frage, die alle anderen beantwortet haben.

Ich denke, die Frage ist schlecht gestellt.Sogar einzelne Atome können "eine Farbe haben", wenn Sie definieren, dass eine Farbe Photonen mit einer bestimmten Frequenz emittiert.Die Frage sollte eher lauten: Wie viele dieser Photonen muss das menschliche Auge pro Zeit absorbieren, um die entsprechende Farbe wahrzunehmen?Dies ist jedoch eher eine biologische als eine physikalische Frage.

Erstens haben einzelne Atome Farbe; Farbe sind verschiedene Wellenlängen, die vom Atom bei Anregung freigesetzt werden.Zweitens, um Farbe zu sehen, benötigen Sie ungefähr 0,1 Quadratmillimeter Atome, da dies so klein ist, wie das bloße Auge sehen kann.