TED-Ed:驚歎.光影.視界

2013⋅05⋅03
TED-Ed:驚歎.光影.視界
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2013⋅05⋅03
TED-Ed:驚歎.光影.視界

對正盯著螢幕的你我來說,「視覺」和「色彩」也許已成為一個習以為常的感知能力,但每當雨過天晴、彩虹高掛在天際之時,光線的魔法總會再次抓住我們的目光,讓我們憶起對宇宙造物的驚歎。

究竟,這般美景是如何進入我們眼睛?人類對「光」的認識從古至今有什麼改變?我們對「光線三原色」一詞又有什麼認知錯誤呢?讓 Colm Kelleher 的 TED-Ed 動畫帶我們重溫光影視界,再接著看看「光」如何結合科技、設計、舞蹈、攝影!


重新認識「光線三原色」

小時候,我們在自然課中學到,彩虹的形成,是因光線在水滴的折射下「色散」出色彩斑斕的光譜;當我們換了教室,美術課老師告訴我們的,則是光有「三原色」,能構成人眼能辨識的所有色彩。如果你把兩者混為一談,以為我們所見到的「七彩」彩虹是由「三原色」所構成,那你就錯了!

色彩的本質就是光線,而人類幫每個波動頻率不同的光波取了名字,也就是「顏色」;而我們所能見到的可見光便是紅色與紫色之間一系列光波。自然界的光就有如下圖般,充滿不同波動頻率的光線,並非只有紅、藍、綠三色。


而若要理解「光線三原色」的道理,就得先認識人眼辨識顏色的構造;這一環,也是我們過去可能疏漏的部分!人眼接收光線的構造是眼球底部的「視網膜」,而視網膜上的感光細胞分為兩種:「桿狀細胞」「錐狀細胞」

其中,下圖右側的「桿狀細胞」在低亮度時負責接受光線,僅能偵測光線的明暗,但「錐狀細胞」就不同了!如下圖左側所示,人類擁有三種錐狀細胞,分別接受紅、藍、綠三種光線,分別將不同的訊息傳送到腦部。


當我們的眼睛接受到一束來自自然、具有黃色頻率的光波時,我們並沒有接受黃色光波的錐狀細胞,但由於黃色光的頻率接近紅色及綠色光的頻率,這兩個錐狀細胞便將訊息傳送到大腦,在我們的腦海中產生了黃色的影像!

而當我們認識了人眼辨識顏色的構造後,電視製造商可省下了不少麻煩:他們只需要用到紅、藍、綠三色的光源就能混合出任何人眼所能感知到的顏色!


光是粒子還是波?

在另一支動畫中,Colm Kelleher 介紹人類對光線的認知如何演變,也提出了一個我們鮮少思考的問題:光是粒子還是波?我們在生活中,是不是時常聽到「光波」這一名詞,卻也能聽到有人使用「光子」一詞來描述光線呢?


要回答這個問題,我們可以先從古人對光線的理解開始探討。最早對於光線的討論,可追朔到古希臘哲人柏拉圖畢達哥拉斯的思想:他們認為「光」源自人的眼睛,而眼睛會發送出肉眼看不到的微小探測器,收集遠處物體的資訊後,送回眼裡,產生視覺!

然而,這樣的想像固然充滿詩意,卻有個顯而易見的問題:如果光線來自眼睛,為何仍會有一片漆黑、伸手不見五指的時候?

阿拉伯科學家海什木在一千年後提出了新的看法,認為古希臘的光學理論完全不合邏輯,我們的眼睛根本不會發送什麼會搜集情報的超迷你探測器,只是接受射進來的光線罷了!


接下來數百年的近代科學史,則可看到科學家們苦苦思索光的特性:光究竟是如原子般的微小粒子,還是如池塘漣漪般的波?首先,牛頓相信,太陽所發射出的光是由原子般(稱作「光子」)的微小粒子組成,而他的假設能夠說明光表現出的某些特性,例如折射。

然而,十九世紀的科學家所做的一系列實驗卻清楚的證明了光不可能由微小粒子所構成;例如,當兩道光線交錯時,若光是由微小而實心的球體所組成,兩束光的微小粒子理應該產生撞擊,造成粒子不規則地四處彈跳,但實際上,光線交錯時卻不會彼此影響、而是直接穿越彼此!

為了描述光線這種時而表現出粒子特性(如折射、照射到金屬時能將能量以「量子」的形式傳遞給金屬中的原子),卻又有波的獨特特性(如干涉)的現象,被稱作「波粒二象性」,而物理學家們因而產生了革命性的新理論:量子力學


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重溫了光線的知識後,不妨看看以下的現代發明家、設計師、舞蹈家、攝影師是如何運用光線,創造出令人驚艷的發明與作品吧!最後,更要帶你思考光線的另一個面向,看看「光」所造成的危害。

Harald Haas:讓每顆燈泡都為我們傳輸無線資料(2011)

若世上每個電燈泡都能傳輸資料會是怎樣的情景?Harald Haas 介紹了名為 SIM OFDM 的技術,使一盞貌似普通的檯燈,能傳輸超高畫質的影片到講台後方的大螢幕上!當普通的燈泡結合信號處理技術後,就能平行並同步傳輸上千筆資料流,所能傳輸的資訊竟然遠超過一個行動通信基地台,並且更快、更安全、範圍更廣!


Ramesh Raskar:萬分之一秒攝影(2012)

至今,「光速」仍是世界上最快的速度,但人類已經能透過攝影,看見它慢慢移動的樣子!這則演講中,能捕捉到兆分之一秒的「飛秒攝影技術」不但讓我們看見光線的慢速移動、光線在水波中的折射、甚至能看光線如何停留在一棵熟透的番茄內,或者利用光線反射的時間差距來「看見」牆後的物體!


Rogier van der Heide:為什麼光明需要黑暗(2010)

光線是我們生活中不可或缺的一環,也因此,「照明」成了室內設計與建築設計中的重頭戲,光線擺設的方式大大影響了空間所營造出的氛圍!照明工程師 Rogier van der Heide 以新的角度闡述他對光線與黑暗的看法,介紹了許多典型建築中縝密的光線設計。


Quixotic Fusion: 與光共舞(2012)

Quixotic Fusion 是個多元的空中雜技團體,表演形態融合了舞蹈、戲劇、電影、音樂、視覺效果等。在 TED 2012 的舞台上,他們帶來了三段超越現實的舞蹈演出,讓人一邊觀賞一邊好奇的思索:這般奇幻的表演是怎麼做到的!


Lucianne Walkowicz:仰望天際、改善被光害污染的夜空(2011)

滿天繁星的夜空對城市居民來說,可能是一種奢求;Lucianne Walkowicz 在提醒我們仰望天空、注重日趨嚴重的光害汙染之餘,也告訴我們:這些並不是沒有解決辦法的!現今,我們的路燈設計是用與室內相同的全方位照明燈,但其實我們只需要路燈照亮路面,而那些向上投射的光線(約60%)實則是被白白浪費、且也造成光害汙染的。


撰稿:劉耘

發佈於2013⋅05⋅03
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