Farbwahrnehmung ist eine rein biologische (und psychologische) Reaktion. Die Kombination von rotem und grünem Licht ist für das menschliche Auge nicht von bestimmten gelben Wellenlängen des Lichts zu unterscheiden, aber das liegt daran, dass das menschliche Auge die spezifischen Arten von Farbphotorezeptoren hat, die es tut. Das Gleiche gilt nicht für andere Arten.

Ein vernünftiges Modell für Farbe ist, dass das Auge die Überlappung des Wellenlängenspektrums des einfallenden Lichts mit der Antwortfunktion der Arten von Fotorezeptoren nimmt, die im Grunde so aussehen:

^{Bildquelle sup>}

Wenn das Licht zwei scharfe Spitzen auf dem Grün und dem Rot hat, wird ausgegeben, dass sowohl der M- als auch der L-Rezeptor gleichermaßen stimuliert werden. Das Gehirn interpretiert dies also als "auch, das Licht muss in der Mitte gewesen sein." , dann". Aber wenn wir einen zusätzlichen Rezeptor in der Mitte hätten, könnten wir natürlich den Unterschied erkennen.

Ihre Frage enthält zwei weitere interessante Punkte:

Jede Farbe innerhalb des sichtbaren Spektrums kann irgendwie durch "Kombinieren" der drei in unterschiedlichen Intensitäten erzeugt werden.

Das ist falsch. Es gibt einen beträchtlichen Teil des Farbraums, der für RGB-Kombinationen nicht verfügbar ist. Das grundlegende Werkzeug, um dies abzubilden, heißt Chromatizitätsdiagramm und sieht folgendermaßen aus:

^{Bildquelle sup>}

Die reinen Wellenlängenfarben befinden sich an der gekrümmten Außenkante und sind durch ihre Wellenlänge in Nanometern gekennzeichnet. Der Kernstandard, den RGB-Kombinationsgeräte anzeigen sollen, sind diejenigen innerhalb des mit sRGB gekennzeichneten Dreiecks. Je nach Gerät kann es zu kurz kommen oder darüber hinausgehen und ein größeres Dreieck abdecken (und wenn dieses größere Dreieck groß genug ist, um beispielsweise einen guten Teil des Adobe RGB -Raums abzudecken, dann wird es normalerweise prominent beworben), aber es ist immer noch ein Bruchteil des gesamten Farbraums, der dem menschlichen Sehen zur Verfügung steht.

(Ein Warnhinweis: Wenn auf einem Gerät mit RGB-Bildschirm Farbdiagramme angezeigt werden, werden die Farben außerhalb des Renderbereichs Ihres Geräts nicht richtig gerendert und erscheinen flacher als die tatsächlichen Farben, die sie darstellen Wollen Sie den vollen Unterschied, holen Sie sich ein Prisma und eine Weißlichtquelle, bilden Sie ein vollständiges Spektrum und vergleichen Sie es mit dem Rand des Diagramms, wie es auf Ihrem Gerät angezeigt wird.)

Ist RGB das einzige derartige Triplett?

Nein. Es gibt viele mögliche Zahlen-Triplett-Methoden zum Codieren von Farben, die als Farbräume bezeichnet werden und jeweils ihre eigenen Vor- und Nachteile haben. Einige gebräuchliche Alternativen zu RGB sind CMYK (Cyan-Magenta-Gelb-Schwarz), HSV (Farbton-Sättigungswert) und HSL (Farbton-Sättigungs-Leichtigkeit), aber es gibt auch einige exotischere Optionen wie das CIE XYZ und LAB Leerzeichen. Abhängig von ihren Bereichen können sie Neukodierungen des RGB-Farbraums sein (oder mit Neukodierungen von RGB in Teilen ihrer Domänen zusammenfallen), aber einige Farbräume verwenden separate Ansätze zur Farbwahrnehmung (dh sie können sein Additiv wie RGB, subtraktiv wie CMYK oder eine nichtlineare Neukodierung von Farben wie XYZ oder HSV.

In der Netzhaut des Auges gibt es drei Arten von Zapfen, die wie die Filter in der Abbildung wirken und sich über ziemlich breite Frequenzbänder erstrecken.

Dort können Sie sehen, dass reines gelbes Licht sowohl "rote" als auch "grüne" Zapfen stimuliert.

Wenn Sie also Licht von nahegelegenen roten und grünen Pixeln erhalten, reagieren die Netzhautkegel genauso wie von reinem Gelb, wenn die Mischung stimmt.

Es ist also eine sehr biologische Sache. Beachten Sie, dass eine Wellenlänge, die einen grünen Kegel stimuliert, auch mindestens einen der roten und blauen Kegel stimuliert. Wir könnten uns also vorstellen, nur grüne Zapfen (mit Elektroden) künstlich zu stimulieren und dann eine sogenannte unmögliche Farbe zu sehen.

Bei RGB-Alternativen gibt es ja andere Farbräume , mit denen alle möglichen Farben (wie von der menschlichen Netzhaut definiert) auf ähnliche Weise gemischt werden können.

Beachten Sie, dass RGB-Bildschirme normalerweise nicht alle Farben wiedergeben können. Das Bild unten zeigt das Begrenzungsdreieck auf einem typischen Bildschirm. Professionelle Bildschirme decken tendenziell mehr ab, aber selten alle Farben.

Die anderen Antworten von Bernander und Emilio Pisanty erklären bereits, wie Augen Licht einfangen und in elektrische Impulse umwandeln. Es gibt noch ein paar Dinge zu verstehen. Meine Antwort wird sich hauptsächlich auf Frage 1 konzentrieren, da die Frage 2 bereits vollständig behandelt ist.

Licht ist eine Kombination mehrerer Wellenlängen

Wenn Sie Licht aufnehmen, handelt es sich tatsächlich um eine elektromagnetische Welle (ich vereinfache dies hier zu stark, aber sonst kommen wir nicht weiter). Das Problem ist, dass es kaum eine Lichtquelle gibt, die nur eine Wellenlänge erzeugt (Laser tun dies). Das Licht ist also im Wesentlichen eine Kombination aus vielen verschiedenen Wellenlängen. Um es zu sehen, müssen Sie ein Prisma verwenden, das den Lichtstrahl separat in jede der Wellenlängen aufteilt. Dies ist im Wesentlichen der Grund, warum wir einen Regenbogen sehen - Wassertropfen wirken als natürliche Prismen und das Sonnenlicht ist so ziemlich eine Kombination aus (fast) allen sichtbaren Wellenlängen.

Wenn Sie mehr als eine Lichtquelle verwenden, wird auf jeder der Wellenlängen eine Lichtsumme von jeder der Quellen bereitgestellt. Mit anderen Worten, wenn wir uns drei Laser vorstellen, rot, grün und blau, von denen jeder genau eine Wellenlänge erzeugt. Wenn wir ihre Strahlen in einem Punkt schneiden und dort einen Bildschirm platzieren, ist dies ein einzelner Punkt, der mit diesen drei Wellenlängen am beleuchtet wird gleiche Zeit. Wir werden dort nicht drei Farben sehen, es wird nur ein Punkt mit einer Farbe sein. Welche Farbe wird es haben? Ich werde später darauf zurückkommen.

Augenrezeptoren erfassen , wenn nur Licht (und seine Stärke)

Das ist schwierig. Grundsätzlich gibt es 4 Arten von Rezeptoren auf der Augenretina. Einer (Stäbe) ist für das Erkennen einer sichtbaren (1) Wellenlänge verantwortlich, und drei sind dafür verantwortlich, Licht innerhalb nur eines Teils des sichtbaren Wellenlängenbereichs zu erkennen. Sie reagieren stärker auf das Licht, das näher an seiner optimalen Wellenlänge liegt (was vom Rezeptor- / Kegeltyp abhängt - entweder rot, grün oder blau, wie bereits von anderen erklärt), und je weiter die Lichtwellenlänge von diesem Optimum entfernt ist, desto schwächer ist die Reaktion. Ich werde Stäbe ignorieren, die für jedes Licht verantwortlich sind, da es meistens verwendet wird, wenn nicht genug Licht für die anderen drei (Kegel) vorhanden ist (deshalb sehen wir alles in Grautönen in einem sehr dunklen Zustand Licht).

Die Rezeptoren können nicht sagen, welche Wellenlänge sie erfasst haben. Wenn es für einen einzelnen Rezeptor nur einen schwachen Strahl seiner optimalen Wellenlänge oder einen starken Strahl gibt, aber am Rande dessen, was auffällt, erkennt ein einzelner Rezeptor nur so ziemlich die gleiche Lichtmenge. Und einen Impuls für das Gehirn erzeugen.

Es ist das Gehirn, das entscheidet, was mit den Informationen geschehen soll

Dies ist der schwierigste Teil. Very, SEHR knifflig. Die Sache ist, dass das Gehirn Impulse von verschiedenen Augenrezeptoren empfängt und diese kombiniert. Basierend auf dem, was es in der Vergangenheit gelernt hat (auch bekannt als Erfahrung), präsentiert es Ihrem Bewusstsein etwas, das als Farbe bekannt ist.

Wenn Sie ein Licht mit einer Wellenlänge verwenden, reagieren Ihre Zapfen auf eine bestimmte Weise. Auf diese Weise kann Ihr Geist (vom Regenbogen !!!) diese Farben lernen. Wenn nun eine Kombination vieler Wellenlängen eine ähnliche Kegelreaktion hervorruft, kann der Verstand nicht verstehen, dass es mehrere Wellenlängen gab, und Ihnen nur die Farbe zeigen, die er aus Licht mit einer Wellenlänge kennt, die dieselbe Kegelreaktion erzeugt . Wenn also die Kombination von Signalen, die von Augenrezeptoren kommen, zeigt, dass es etwas rotes und grünes Licht gibt (dh diese beiden Arten von Zapfen erzeugen ein starkes Signal, das etwas Licht ausgesetzt ist), aber nicht viel Blau, dann interpretiert Ihr Verstand, dass es etwas geben muss, das Sie als gelb kennen . Hinweis - Es spielt keine Rolle, ob das Licht nur ein einzelner gelber Wellenlängenstrahl, eine einzelne starke Wellenlänge von Rot und eine einzelne starke Wellenlänge von Grün zusammen war oder ob es eine Kombination vieler Wellenlängen war, die sowohl grüne als auch rote Kegel reagieren ließen. Dein Verstand hat nur 3 Signale und muss darauf basierend sagen, welche Farbe es ist.

Wenn Sie also die drei zuvor erwähnten Laserstrahlen richtig ausbalancieren, erhalten Sie möglicherweise einen weißen Punkt, aber Sie können auch z. mit einem gelben Punkt. Oder ein brauner Punkt. Alles hängt davon ab, wie die Kegel auf jede der verwendeten Wellenlängen reagieren und wie stark die Reaktionen sein werden.

Und so funktioniert RGB so ziemlich

Was hier schwierig ist, ist, dass einige Kombinationen von Wellenlängen eine Kombination von Kegelantworten erzeugen, die sich von den Lichtantworten einzelner Wellenlängen unterscheiden. Ihr Verstand muss es immer noch irgendwie interpretieren, damit er es Ihnen auf eine Weise präsentiert, die sich von jeder Farbe unterscheidet, die aus der physischen Perspektive existiert. Auf diese Weise können wir Farben wie Braun oder Grau sehen.

Was ist mit dieser Erfahrung

Wie bereits erwähnt, besteht die Grundlage darin, dass die Farbe, die Sie sehen, in Beziehung zu früheren Erfahrungen steht. Wenn die Reaktion der Kegel auf die Kombination mehrerer Wellenlängen einer bekannten Farbreaktion mit einer Wellenlänge ähnelt, sehen Sie diese Farbe. Wenn nicht, sehen Sie etwas anderes (aber wieder wiederholt (2) - aber lesen Sie weiter).

Sie können verschiedene optische Täuschungen finden, die sich auf Farben oder Graustufen beziehen. Eines der bekanntesten Beispiele aus dem Internet war ein Kleid auf einem Foto, das einige bei starkem Licht als blau und schwarz interpretierten, während andere im Schatten weiß und gelb waren. Wenn Sie in einem sehr schwachen Licht in den Wald gehen, sehen Sie die Blätter schwach grün, obwohl Ihre Zapfen nicht genug Licht zum Arbeiten bekommen und alles, was Sie sehen, tatsächlich ein bisschen Licht ist (also etwas Grau). Doch Ihr Verstand weiß , dass Blätter grün sein sollten, so dass sie für Sie eine Art paints sind. Wenn Sie später in vollem Licht zurückkommen, sehen Sie möglicherweise tatsächlich, dass einige dieser grünen Blätter rot oder gelb sind. Aber unser Verstand versuchte sein Bestes, um die Lücke zu füllen, und nutzte die Erfahrung, um eine Farbe hinzuzufügen. Es ist noch schlimmer mit Dingen, wenn das Licht nicht weiß ist - der Verstand nutzt immer noch Erfahrung und passt sich dem Licht an (bis zu einem gewissen Grad) - so dass Grün im roten Licht eines Sonnenuntergangs immer noch grün aussieht.

Warum funktioniert RGB?

Einfach ausgedrückt verursacht das in jeder der Lichtquellen verwendete Licht eine spezifische (bis zu einem gewissen Grad vorhersehbare) Reaktion der Kegel, wie oben beschrieben. Da dies die meisten möglichen Reaktionen der Zapfen hervorrufen kann, können Sie die meisten Farben auf einem Fernseh- / Monitorbildschirm sehen.

TL / DR

Was Sie sehen, ist eine Kombination aus dem, was Licht in Ihre Augen gelangt, wie die Augen daraus elektrische Impulse erzeugen, die das Gehirn erreichen, und wie das Gehirn es basierend auf früheren Erfahrungen interpretiert.

(1) Wir nennen es sichtbar, weil unsere Augenrezeptoren es bemerken können.Daher sollte es vielleicht "einen Wellenlängenbereich geben, den wir als sichtbar bezeichnen. Auch hier gibt es eine gewisse Vereinfachung - Zapfen haben möglicherweise eine etwas breitere Wellenlängenabdeckung als Stäbe. Auch dies kann zwischen verschiedenen Menschen geringfügig variieren, außer diesenUnterschiede können ignoriert werden. Andererseits reagieren andere Arten auf unterschiedliche Wellenlängenbereiche, z. B. haben Hunde nur zwei Arten von Zapfen, sodass sie im Wesentlichen less-Farben sehen.

(2) Es wird auch so interpretiert, dass die Farben, die nur eine geringfügig andere Kegelreaktion hervorrufen, ziemlich ähnlich erscheinen (Schattierungen)

Hier arbeiten sowohl Physik als auch Biologie.

Grundlegende physikalische Eigenschaften von Licht

Das erste, was zu verstehen ist, ist, dass Licht eine Eigenschaft hat, die als „Wellenlänge“ bekannt ist, da Licht eine elektromagnetische Welle ist. Die Wellenlänge ist der Abstand zwischen zwei Scheitelpunkten dieser EM-Welle. Wie Sie sich vorstellen können, ist der Abstand extrem gering und wird normalerweise in Nanometern gemessen, zumindest für sichtbares Licht (mehr darüber, was es in einem Moment sichtbar macht).

Grundlegende Biologie des Sehens

Das menschliche Auge verfügt über spezielle Zellen, sogenannte „Photorezeptoren“, die lichtempfindlich sind und Nervenzellen auslösen, um ein Signal an das Gehirn zu senden, wenn Licht auf sie trifft. Mehr Licht auf sie, stärkeres Signal (hier ein wenig vereinfacht für die Aufzeichnung). Fotorezeptoren sind jedoch nur bei bestimmten Wellenlängen lichtempfindlich. Wenn Licht eine Wellenlänge hat, für die keiner unserer Fotorezeptoren empfindlich ist, können wir es nicht sehen. Sichtbares Licht ist also nur das Licht, für das wir Fotorezeptoren haben.

Sichtbares Lichtspektrum

Diese Grafik zeigt die verschiedenen Arten von Licht, die wir anhand ihrer Wellenlänge erkennen, wobei die Wellenlängen hervorgehoben werden, die für typische Menschen sichtbar sind:

^{( Wikipedia EM Spectrum) sup>}

Wichtig ist, dass Gelb zwischen Rot und Grün liegt. Dies ist ein wesentlicher Grund, warum das Mischen von Rot und Grün Gelb erzeugt, aber es ist nicht die ganze Geschichte. Es ist die physikalische Realität, von der uns unsere Biologie zu erzählen versucht, aber wie unsere Biologie dies tut, spielt eine größere Rolle.

Biologie des Farbsehens

Menschliche Photorezeptoren werden in zwei Hauptkategorien unterteilt - Stäbchen und Zapfen - und dann gibt es die Zapfen, die mit Farbe umgehen (normalerweise ^{1 sup>), in drei Varianten: diejenigen, die für rote Wellenlängen am empfindlichsten sind, diejenigen am empfindlichsten für grüne Wellenlängen und diejenigen, die am empfindlichsten für blaue Wellenlängen sind. Daher RGB. Wir sehen etwas als rot, denn wenn das rote Licht auf unsere Fotorezeptoren trifft, sind die rotempfindlichen Zapfen diejenigen, die am meisten aktivieren. Gleiches gilt für grünes Licht, das unsere grünen Zapfen aktiviert.}

Es ist wichtig zu beachten, dass die Empfindlichkeit der Zapfen nicht genau definiert ist. Stattdessen sind sie für einige Farben nur am empfindlichsten und werden dann zunehmend weniger empfindlich, wenn sich die Wellenlänge von dieser Farbe entfernt. Und die Empfindlichkeiten der verschiedenen Zapfen überschneiden sich. Selbst bei grünem Licht werden Ihre blauen und roten Zapfen immer noch aktiviert - nur nicht so stark wie die grünen.

Hier ist ein Diagramm der Photorezeptorempfindlichkeiten eines typischen menschlichen Auges:

^{( Wikipedia-Farbempfindlichkeit) sup>}

Gelbes Licht oder rotes und grünes Licht?

Und so kann das Auge dem Gehirn Informationen über Licht geben, das nicht rot, grün oder blau ist: Wenn gelbes Licht auf das Auge trifft, werden sowohl die roten als auch die grünen Zapfen auf das Auge treffen aktiviert werden. Das Gehirn erhält die Signale von den roten und grünen Zapfen (und das Fehlen oder das schwächere Signal von den blauen Zapfen) und interpretiert dies als „gelb“, dh Licht mit einer Wellenlänge zwischen den Spitzenempfindlichkeiten der rote und grüne Zapfen.

Aber die einzige Information, die das Gehirn wirklich erhält, ist, dass die roten und grünen Zapfen aktiviert sind. Das könnte an gelbem Licht liegen, aber es könnte auch nur rotes und grünes Licht sein, das gleichzeitig auf das Auge trifft. Das Gehirn verfügt nicht über die Informationen, die es benötigt, um den Unterschied zu erkennen, und behandelt diese beiden Situationen daher gleich - wie das, was wir als „gelb“ bezeichnen. Aus diesem Grund können Sie Rot und Grün (und nicht Blau) ausgeben und das Auge gelb sehen lassen, ohne dass eine gelbe Lichtquelle erforderlich ist. Und das Auge tut dies mit allen Farben; Da sich die Empfindlichkeiten der Zapfen überschneiden, gibt es immer eine Mischung von Signalen, die das Gehirn zu einer einzigen Farbe kombiniert, normalerweise so etwas wie der „Durchschnitt“ unter ihnen.

Rotes und blaues Licht - definitiv nicht grün

Eine wichtige Ausnahme zu dieser "Mittelwertbildung" (die mathematisch gesehen kein Durchschnitt ist) besteht darin, dass rote und blaue Kegel aktiviert sind, grüne Kegel jedoch nicht (so stark) aktiviert sind. Im Gegensatz zu der Situation mit Gelb, in der das Gehirn keine Informationen darüber hatte, ob es gelbes Licht oder eine Kombination aus rotem und grünem Licht sah, verfügt das Gehirn über Informationen, die darauf hinweisen, dass das grüne Licht nicht vorhanden ist Nicht vorhanden, da die grünen Zapfen nicht so stark aktiviert sind. Eine Mittelung von Rot und Blau zu Grün wäre also wirklich falsch - das ist die Farbe, von der das Gehirn weiß, dass sie nicht vorhanden ist

Stattdessen nimmt das Gehirn die Kombination von Rot und Blau als Magenta wahr, eine Farbe, die im tatsächlichen EM-Spektrum nicht vorhanden ist. Keine einzelne Wellenlänge des Lichts erscheint uns magenta: Nur die Kombination von blauem und rotem Licht kann dazu führen, dass wir diese Farbe wahrnehmen.

RGB "Universalität"

Nein, RGB ist nicht universell.

Zunächst werden Lichtquellen „additiv“ kombiniert. Wenn Sie also etwas Licht aufnehmen und ein neues Licht mit einer anderen Wellenlänge hinzufügen, wird der Kombination die neue Wellenlänge hinzugefügt.

Farbstoffe kombinieren sich jedoch "negativ", dh wenn Sie Farbstoffe miteinander mischen, entfernen Sie mehr Wellenlängen daraus. Der Grund dafür ist, dass Farbstoff etwas Licht absorbiert und anderes reflektiert - weißes Licht ist die Art und Weise, wie wir eine Mischung aller Wellenlängen wahrnehmen, die wir sehen können. Wenn also weißes Licht auf rote Farbe trifft, werden die blauen und grünen Wellenlängen entfernt und nur Rot reflektiert zurück in unser Auge. Deshalb sind die Grundfarben, die Sie in der Grundschule gelernt haben, Rot, Blau und Gelb , ^{2 sup>, wobei Grün durch Mischen von Blau und Gelb entsteht. Dies ist auch der Grund, warum Drucker CMYK gegenüber RGB bevorzugen: Cyan-Magenta-Gelb ist ein besserer Ort, um Wellenlängen zu entfernen als Rot-Grün-Blau (Schwarz wird separat behandelt, nur weil Schwarz beim Drucken besonders wichtig ist und Sie es separat herstellen möchten ein wirklich gutes Schwarz , anstatt zu versuchen, alle anderen Tinten zu verwenden, um alle Wellenlängen zu entfernen.}

Es gibt auch andere Ansätze für den Umgang mit Licht, die nichts direkt mit Wellenlängen zu tun haben, sondern eher davon abhängen, wie das Licht wahrgenommen werden soll. Farbton, Sättigung und Helligkeit erzeugen beispielsweise Farben einer bestimmten Wellenlänge oder einer Kombination von Wellenlängen, aber die Zahlen entsprechen nicht der Intensität von Lichtern unterschiedlicher Wellenlängen wie bei RGB oder CMYK.

Schließlich deckt keines dieser tatsächlich das gesamte Farbspektrum ab, das das menschliche Auge sehen kann. Das liegt daran, dass natürliches Licht ein kontinuierliches Spektrum von Wellenlängen abdeckt, dh die Anzahl der Wellenlängen in beispielsweise Sonnenlicht ist buchstäblich unzählig, ^{3 sup> und unsere Fotorezeptoren sind immer noch etwas empfindlich gegenüber die Farben um ihre Spitzen, damit unsere Augen einige dieser Wellenlängen erfassen können. RGB gibt an, nur drei Wellenlängen mit unterschiedlichen Intensitäten zu kombinieren, und es wird einfach immer Farben geben, die Sie nicht mit nur drei Wellenlängen erzeugen können. Sie könnten mehr Wellenlängen hinzufügen, aber das bedeutet mehr unabhängige Lichtquellen, und Sie werden sicherlich nie unendlich viele davon haben. Aber drei ist ziemlich gut; Genau aus diesem Grund sind die Vierfarbenfernseher nicht wirklich gestartet.}

Dieses Diagramm zeigt die Farben, die Sie mit einem typischen RGB-Setup erstellen können, wobei der große graue Bereich alle Farben enthält, die Sie nicht erstellen können.

^{( Wikipedia sRGB Gamut) sup>}

Beachten Sie, dass der Bogen oben das Spektrum monochromatischer Farben ist, dh das Licht, das nur aus einer Wellenlänge besteht. Die Spektren in den obigen Diagrammen würden um diese Kurve gewickelt. Und Magenta bildet einen Großteil der Linie, die die beiden unteren Enden der Kurve verbindet.

1. _{Farbenblindheit tritt auf, wenn einige dieser Kegelzellen nicht oder zumindest nicht gut funktionieren. Es gab auch einige Berichte über Menschen mit vier Arten von Zapfen. Und andere Arten können völlig andere Sätze von Fotorezeptoren mit völlig unterschiedlichen Empfindlichkeiten haben, so dass sie mehr Farben wahrnehmen können, die für uns gleich aussehen würden, und sie können auch Licht wahrnehmen, das für uns einfach unsichtbar ist. Sub>}

2. _{Wenn Sie wie ich die Primärfarben mit einer Art Farbe gelernt haben, ist das Mischen tatsächlich komplizierter als nur "negativ" zu sein, aber für Grundschulkinder ist es gut genug.Für diese Antwort bleibe ich bei Farbstoffen, die physikalisch dem einfachen negativen Fall am nächsten kommen. Sub>}

3. _{Praktisch jedenfalls.Die Quantenmechanik könnte darauf hinweisen, dass jedes Licht eine Wellenlänge hat, die ein Vielfaches einer unglaublich kleinen Entfernung ist, möglicherweise die Planck-Länge, aber dies ist nichts, wofür irgendjemand eine Theorie wirklich auf den Punkt gebracht hat, geschweige denn experimentell gezeigt hat/ p>}

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Licht ist ein kontinuierliches Spektrum

Mit "Licht" meine ich die elektromagnetische Welle im Weltraum. Es spielt keine Rolle, ob es von einer Lichtquelle stammt, von einem transparenten / durchscheinenden Objekt gefiltert oder von einer beleuchteten Oberfläche reflektiert wird. Die Interpretation der Farbe des Lichts ist dieselbe.

Die Wellenlänge des Lichts ist nicht nur auf Rot, Grün oder Blau beschränkt. Dazwischen sind unendlich viele Wellenlängen möglich, daher handelt es sich um ein "kontinuierliches" Spektrum. Tatsächlich kann die Wellenlänge außerhalb des Bereichs liegen, den wir sehen können; das macht es einfach unsichtbar. Das meiste Licht ist tatsächlich eine Mischung aus vielen Wellenlängen.

Wir können das kontinuierliche Lichtspektrum mit einem Prisma, einem Beugungsgitter oder einem Spektrophotometer sehen.

Die menschliche Wahrnehmung reduziert die Farbe auf drei Werte

Anstatt unendlich viele Werte verarbeiten zu müssen, reduziert das menschliche Auge die Farbe auf drei Werte: Rot ($ r $), Grün ($ g $) und Blau ($ b $). Dies geschieht durch die Kegelzellen der Netzhaut des Auges; Jeder erscheint unter dem Mikroskop entweder als rot, grün oder blau. Die roten Zapfen verarbeiten rotes Licht und erzeugen ein Signal $ r $, das mit der Intensität des Lichts zunimmt. Sie reagieren auch auf nahegelegene Wellenlängen wie Orange und Gelb, nur nicht so stark wie rote Wellenlängen. Ein ähnlicher Vorgang findet für die grünen und blauen Zapfen statt. Die Antworten jedes Satzes von Kegeln auf jede der Wellenlängen sind in diesem Diagramm dargestellt:

[]

Eine Lichtwellenlänge

Angenommen, Sie schalten eine gelbe LED mit einer Wellenlänge von 570 nm ein. Ihr Spektrophotometer meldet, dass es eine einzelne Wellenlänge (* 1) des Lichts bei 570 nm gibt.

Das Licht stimuliert teilweise die roten Zapfen Ihres Auges und erzeugt ein Signal von $ r = 9000 $. (Siehe Grafik unten. Machen Sie sich keine Sorgen um die Einheiten; sie sind willkürlich.) Das Licht stimuliert auch die grünen Zapfen und erzeugt $ g = 8000 $. Sie stimulieren die blauen Zapfen nicht, also ist $ b = 0 $. Ihr Gehirn empfängt die Signale $ (9000, 8000, 0) $ und interpretiert diese als "gelb".

Zwei Lichtwellenlängen

Angenommen, Ihr Computerbildschirm erzeugt eine gelbe Farbe, indem er etwas rotes (600 nm) und etwas grünes (535 nm) Licht zusammen aussendet. Das rote Licht trifft auf Ihre roten Kegel und erzeugt ein Signal von 6000. Das grüne Licht erzeugt jedoch auch einige Signale auf den roten Kegeln, z. B. 3000. Die beiden Signale addieren sich zu $ ​​r = 6000 + 3000 = 9000 $. In ähnlicher Weise kann der grüne Kegel ein Signal von 2500 vom roten Licht und 5500 vom grünen Licht erzeugen, also $ g = 2500 + 5500 = 8000 $. Kein Licht stimuliert den blauen Kegel, also ist $ b = 0 $.

Ihr Gehirn empfängt die Signale $ (9000, 8000, 0) $ und interpretiert dies als dieselbe gelbe Farbe wie die LED. Das Spektrophotometer misst jedoch Licht mit zwei verschiedenen Wellenlängen. Sie nehmen die Farben als gleich wahr, obwohl sie unterschiedliche Spektren haben.

Verallgemeinerungen

1. Dies ist nicht die einzige Möglichkeit, dieselbe Wahrnehmung zu erzeugen. Ich hätte 625 nm Rot und 550 nm Grün mischen können, um das gleiche "Gelb" zu erzeugen. Alles, was wir brauchen, ist, die gleichen $ (r, g, b) $ -Signale zu erzeugen, um Ihr Gehirn zu täuschen, dass es dieselbe Farbe hat.

2. Sie können dies mit mehr als zwei Wellenlängen tun und trotzdem die gleiche Wahrnehmung erhalten. Zum Beispiel ist gelbes Sternenlicht eine Kombination vieler Wellenlängen. Die Mathematik ist komplizierter, kann aber durchgeführt werden.

3. Ein Großteil des Lichts, das wir sehen, ist ein kontinuierliches Spektrum. Sie benötigen einen Kalkül, um mit der unendlichen Anzahl von Wellenlängen fertig zu werden, aber die Berechnungen können durchgeführt werden.

4. Seit Beginn der Geschichte praktizieren Menschen die Kunst und Wissenschaft, sich selbst zu täuschen, verschiedene Farben wahrzunehmen.

5. Obwohl Sie den Unterschied zwischen diesen verschiedenen Arten von gelbem Licht nicht erkennen können, kann das Spektrophotometer den Unterschied erkennen. Das sollte nicht überraschen, wenn man bedenkt, dass Ihre Augen die Informationen in unendlich vielen Wellenlängen auf nur drei Werte reduziert haben.

6. Die Art und Weise, wie ein Tier Farbe wahrnimmt, variiert je nach Art. Primaten (z. B. Menschen, andere Affen, Affen) haben drei Zapfen: rot, grün und blau. Andere Säugetiere haben nur zwei Zapfen: gelb und blau. Ihre Katze oder Ihr Hund können also weder Rot noch Grün unterscheiden, geschweige denn alle Formen von "Gelb". Auf der anderen Seite sehen Reptilien und Vögel in vier Farben. Sie täuschen Ihren Haustier-Sittich nicht mit Ihrer "gelben" LED und dem Computerbildschirm!

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(* 1) Technisch gesehen erzeugen LEDs einen engen Wellenlängenbereich um die gewählte Farbe, aber das ist für diese Diskussion nicht signifikant.

Es ist eine Durchschnittssache. Wir haben drei Arten von Farbdetektoren (Kegelzellen) in unseren Augen, deren spektrale Empfindlichkeiten sich etwas überlappen: In diesem Wikipedia-Artikel finden Sie ein Bild der spektralen Reaktionen. Daraus können Sie ersehen, dass monochromatisches (einwelliges) gelbes Licht dazu führt, dass sowohl der rote als auch der grüne Kegel das Licht "sehen". Was wir als gelb interpretieren, ist daher einfach die kombinierte Reaktion dieser beiden Zellen in geeigneten Anteilen / p>

Wenn wir anstelle von monochromatischem gelbem Licht eine geeignete Mischung aus monochromatischem rotem und grünem Licht in das Auge senden, können wir die gleiche Reaktion der roten &-Grünkegelzellen hervorrufen (ich denke, Sie müssen darauf achten, dass das Grün ist nicht zu kurz Wellenlänge oder Sie können nicht vermeiden, dass auch die blauen Zellen feuern). Und das Auge / Gehirn kann diese beiden Fälle überhaupt nicht unterscheiden, daher interpretieren wir das auch als gelb.

Die Antwort darauf, was ein "universelles Triplett" ausmacht, ist, dass es den Farbempfindlichkeiten der Zapfen in unseren Augen entsprechen muss. Es gibt nichts "Universelles" daran in irgendeinem physischen Sinne.