私たちの世界はとても美しいですが、これらの色はどのようにして作られるのでしょうか?

光は世界に明るさをもたらします。人間や多くの動物は、光を受け取って感じることができる目を持っているため、世界を理解し、春、夏、秋、冬の美しさを楽しむことができます。

光がなければ世界は暗くなり、人々は何も見えなくなります。しかし、光があれば、世界は色とりどりの輝きで照らされます。世界は本来色彩豊かであり、光は単にこの色彩豊かな世界を照らすだけだと考える人もいるかもしれません。

実際、世界は無色です。世界に色を与えるのは光です。実は、この世界には物質だけでなくエネルギーも満ち溢れています。電磁波は私たちの世界で最も重要なエネルギー伝送方法であり、伝送媒体は光子です。そのため、電磁波は光波とも呼ばれます。光波は、主に電波（長波、中波、短波、マイクロ波を含む）、赤外線、可視光線、紫外線、X線、ガンマ線など、さまざまな帯域と周波数で多くの種類に分類できます。

可視光以外の光波は目に見えませんが、対応する機器を使用することで可視化することができます。電波望遠鏡やさまざまな光線望遠鏡は、これらの目に見えない光波を観測したり受信したりすることができます。電磁波の波長はキロメートルからアトメートル（1アトメートル = 10^-18 メートル）の範囲です。

一般的に、電波の波長は 3000 メートル以上から 0.1 ミリメートルの範囲です。赤外線の波長は0.1mmから760ナノメートルの範囲です。可視光の波長は760ナノメートルから380ナノメートルの範囲です。紫外線の波長は380ナノメートルから10ナノメートルの範囲です。 X線の波長は10ナノメートルから1ピコメートルの範囲です。ガンマ線の波長は 10^-12 メートル未満で、最もエネルギーの高いガンマ線の波長は 10^-30 メートルほど短くなることがあります。

光波の波長が短いほど、周波数が高くなり、エネルギーが高くなります。可視光線よりも波長が短い光波は周波数が高く、したがってエネルギーも大きくなります。例えば、紫外線、X 線、ガンマ線は生物や人間にとって致命的であり、特に X 線とガンマ線は過剰に浴びると人を死に至らしめる可能性があります。

波長と周波数の関係は、c=λf または λ=c/f または f=c/λ という式に従います。ここで c は光の速度、λ は波長、f は周波数です。

可視光は人間の目で見える光です。可視光は無色ではなく、複合光です。一般的には、赤、オレンジ、黄、緑、シアン、青、紫の 7 色に分けられます。波長は760ナノメートルから380ナノメートルまで徐々に短くなります。したがって、可視光線の中で、赤色の光はエネルギーが最も低く、紫色の光はエネルギーが最も高くなります。太陽光はそのような複合光です。プリズムを通して、これらの異なる色の光は屈折によって分散されます。これを分散と呼びます。

一般的に言えば、7 つの色の光の波長範囲は、およそ赤色光 760 ～ 622 ナノメートルです。オレンジ色の光 621〜597ナノメートル;黄色光 596〜577ナノメートル;緑色光 576〜492ナノメートル;シアン光 491〜450ナノメートル;青色光 449〜435ナノメートル紫色の光は434〜380ナノメートルです。

厳密に言えば、これらの 7 つの色には明確な境界線はなく、760 ナノメートルの赤色光から 380 ナノメートルの紫色光まで段階的に変化します。波長が短くなると紫外線となり、人間の目には見えなくなります。異なる色の波長は相対的なもので、便宜上のものです。厳密で正確な境界は存在しません。したがって、さまざまな色の光の波長に関してさまざまな資料に記載されているデータは、まったく同じではありません。

可視光には非常に多くの色があるため、理論的には異なる色を異なる割合で組み合わせることで無数の色を混ぜることができます。この世界の奇妙な色彩は可視光によって混ざり合っています。

可視光は世界をどのように彩るのでしょうか?私たちの世界は、光を吸収、反射、屈折、散乱させる機能を持つ、さまざまな奇妙な形をした物質で構成されています。物質によって、異なる帯域の光に対する吸収率が異なり、反射、屈折、散乱の方法や割合も異なります。このように、吸収された光は人間の目には見えませんが、吸収されなかった光は人間の目に見え、異なる物体は異なる色で表示されます。

たとえば、物体が主に約 700 ナノメートルの赤色光を吸収する場合、人間の目に見える反射光は緑色になります。主に 500 ナノメートル前後のシアン色の光を吸収する場合、人間の目に映る反射光は赤色になります。

では、レンガ、鉄の塊、石、砂などの同じ物質が、なぜぼやけることなく、人間の目で区別できるのでしょうか?これは、これらのオブジェクトがほぼ同じであるだけで、形がわずかに異なり、完全に同一ではなく、位置と角度も異なるためです。そのため、吸収および反射する光の波長はほぼ同じですが、吸収および反射の量が異なるため、人間の目に見える色は異なります。

たとえば、同じ木の葉は同じような波長の光を吸収し反射するので、私たちが目にする葉は一般的に緑色です。しかし、それぞれの葉は形、大きさ、光源に対する方向が異なります。私たちが目にする葉っぱは、明るいものも暗いものもあり、色もまったく同じではないので、重なり合っている感じがします。

理論的には、私たちが特定の色の物体を見るとき、それはその物体がその色に反発してその色の光を反射し、一方で吸収されるのは人間の目には見えない色、つまり見える色の補色帯の光だからです。物体がすべての光を反射するか、すべての光を吸収する場合、私たちが見るものは白か黒になります。

白と黒は光を完全に反射したり吸収したりできるのでしょうか?光には色があるので、この世界にある特定の物体が光をまったく吸収しなかったり、すべての光を吸収したりしたらどうなるでしょうか?これが理論上の白体と黒体です。物体の反射率 ρ は、放射線に対する保護能力を示します。白い物体は光の反射率ρ=1であり、人間はこの物体を純白として見ます。これの反対は黒体で、光放射に対する吸収率は α = 1 であり、すべての光を吸収することを意味します。

いわゆる白体と黒体は、可視光線だけでなく、電波、赤外線、可視光線、紫外線、X 線、ガンマ線など、あらゆる電磁波を吸収および反射します。そうして初めて、それらは白体と黒体と呼ばれ、絶対白体と絶対黒体とも呼ばれるようになります。

現実世界には、本当に完璧な白人の体や黒人の体は存在せず、それに近いものがあるだけです。白い雪は可視光線に対して白い物体です。汚染されていない白い雪の可視光線に対する反射率は ρ=1 に近いため、人間の目には白く見えます。しかし、白い雪は赤外線に対して全く耐性がなく、吸収はほぼα=1なので、赤外線に対しては黒体となります。

米国パデュー大学の阮秀林教授のチームは、太陽光の98.1％を反射する超白色塗料を発明した。一方、市販の白色塗料の反射率はわずか90％である。冷却効果のある硫酸バリウム超白色塗料は、ギネス世界記録に最も白い塗料として認定されました。

この塗料を塗った物体は、周囲温度より最大 11°C まで冷却できます。阮秀林氏はメディアのインタビューで、1,000平方フィートの屋根をスーパーホワイト塗料で覆えば、推定10キロワットの冷却力が得られ、これはセントラル空調を使用するよりも強力だと語った。

ホワイトボディは見た目が白く見えるだけでなく、省エネや排出ガス削減にも最適な技術であることが分かります。

英国の会社サリー・ナノは、ベンタブラックと呼ばれる素材を開発しました。この素材を彫像に塗布すると、人間の目では彫像の立体的な凹凸の細部が見えなくなります。強い光でも照らすことのできない黒い平面だけが見えます。この物質は入射光の 99.96% を吸収すると言われており、反射率はわずか 0.04% であるため、黒体と呼ばれます。

したがって、この世界のすべての物質が白体または黒体で構成されている場合、人間の目には白と黒の世界しか見えません。また、人間の目や脳は長い時間をかけて光源環境下で進化してきたため、さまざまな色に対して敏感になっています。光受容細胞に問題があれば、色覚異常の症状が現れ、特定の色を判別する能力が失われたり、灰色と白の世界しか見えなくなったりします。

今日はこれで終わりです。読んでいただきありがとうございました。また、ディスカッションに参加していただければ幸いです。

Space-Time Communicationの著作権はオリジナルです。侵害や盗作は非倫理的な行為です。ご理解とご協力をお願いいたします。