你可以用投影儀投射出各種顏色，但能投射出黑色嗎？那會(huì)像用手電筒投射出的影子一樣嗎？想想看，你做報(bào)告的時(shí)侯，竟然可以投射出黑色背景的幻燈片。這是怎么做到的呢？這當(dāng)中有著非常有趣的物理學(xué)，下面讓我們一起來探究一下吧。
我們是如何看到黑色的?
我喜歡問學(xué)生一些關(guān)于他們是怎么看見東西的問題。第一個(gè)是最有趣的：你們是否有過處在完全的黑暗環(huán)境中的經(jīng)歷？我是說根本沒有光源，甚至連門縫里的光都沒有。你可能會(huì)在洞穴之旅中經(jīng)歷過這種情況，導(dǎo)游把燈關(guān)掉幾秒鐘來嚇你一跳。(這可不是個(gè)好主意；畢竟有時(shí)燈就不會(huì)再亮了。)
下一個(gè)問題：你在黑暗的房間里會(huì)看見什么？如果不是完全黑暗，你的眼睛會(huì)自己調(diào)整，這使得你最終會(huì)看到有形狀的微光。然而，在完全黑暗的房間里，你什么也看不見，好似一片完全的虛空。這有點(diǎn)令人不安。
為了更有趣一些，我做了一個(gè)物理演示來幫助大家理解黑色。
這是一個(gè)插著管子的盒子。頂部還有一扇可以打開的蓋子。學(xué)生們向管子里看，并試著確定盒子里面的顏色。每個(gè)人的答案都是一樣的 —— 里面是黑色的。然后我打開頂部的門，讓光線照進(jìn)來，這時(shí)他們看到盒子的四周是白色的，里面還有我的照片。
這里的關(guān)鍵是：如果沒有光線進(jìn)入你的眼睛，你的大腦就會(huì)把它理解為黑色。
所有其他的顏色
記住，光是一種電磁波。電磁輻射可以有任何波長，從數(shù)百米長的無線電波到只有幾皮米（一米的萬億分之一）的伽馬射線。我們能看到的只是這個(gè)范圍的一小部分，大概在 400 到 700 納米之間。我們稱其為可見光 —— 或者就叫“光”（盡管從技術(shù)上講，它們都是光）。
我們?nèi)祟惖拇竽X將可見光譜的不同波長解讀為不同的顏色。讓白光通過衍射光柵，不同波長的光會(huì)發(fā)生不同程度的折射，這樣你就能看到這些顏色。這是它的樣子：
這樣你就有了一個(gè)很好的色譜，其中紅色波長較長，紫色波長較短。這表明白光是彩虹中所有顏色的組合。但是像棕色、品紅或青色這些不在彩虹中的顏色呢？事實(shí)上，它們不是一個(gè)單一波長。
那么我們是如何看見它們的呢？這確實(shí)是很神奇的事。我們的眼睛只對三種特定的波長敏感：紅、綠、藍(lán)。但是通過將這三種波長進(jìn)行不同強(qiáng)度的混合，你就可以感覺到任何顏色。
不相信我？事實(shí)上，如果你是在彩色屏幕的電腦或手機(jī)上看這篇文章，你看到的所有顏色就是這樣產(chǎn)生的。屏幕內(nèi)有一堆超級微小的燈，它們或是紅色、或是綠色、或是藍(lán)色（RGB）的。每一盞小燈都可以改變強(qiáng)度，從而組合產(chǎn)生你想要的任何顏色。如果你在手機(jī)屏幕上滴一小滴水，它就會(huì)像放大鏡一樣，讓你可以看到里面的 RGB 光。
但是視頻投影儀的顏色呢？本質(zhì)上是一樣的。然而，它不是一堆微小的 RGB 燈，而是將 RGB 顏色投射到屏幕上的不同位置。
投射黑色
現(xiàn)在我們準(zhǔn)備來點(diǎn)好玩的了。投影儀是如何發(fā)出黑光的？黑光就是沒有任何光，就像我們之前看到的那樣。那你需要怎樣投射“沒有光”？首先，讓我們以像電視一樣的屏幕為例。如果你有三盞小燈（紅、綠、藍(lán)），你可以通過關(guān)閉所有三種顏色的燈來形成一個(gè)小黑點(diǎn)。哇，它是黑色的！所以，有沒有可能你只需要把投影儀關(guān)掉，就能讓它投射黑色呢？這應(yīng)該不對吧？如果是這樣的話，你就無法分辨投影出來的黑色和沒有投影儀時(shí)的屏幕之間的區(qū)別。但事實(shí)上，這就是它的工作原理。
我們來確認(rèn)一下：在下面的圖片中，我放映了一張半黑半白的幻燈片。這張幻燈片占據(jù)了屏幕的大部分。
你沒有看到黑色，對吧？因?yàn)槟抢锸裁炊紱]有，房間里的環(huán)境光只顯示出屏幕。這就是為什么我們需要在黑暗的電影院看電影。所以當(dāng)達(dá)斯?維德在《星球大戰(zhàn)》中出現(xiàn)，大步穿過萊婭公主的宇宙飛船時(shí)，它只是投影圖像中的一個(gè)維德形狀的洞。他周圍亮起的區(qū)域使我們的眼睛看到了深黑色的對比。他的熱塑性盔甲也反射出了燈光，增加了一些東西在那里的感覺。這給加入黑暗面賦予了新的意義，對吧？
作者：Rhett Allain
翻譯：姬子隰
審校：7 號機(jī)
原文鏈接：How Does a Movie Projector Show the Color Black?
本文來自微信公眾號：中科院物理所（ID：cas-iop），作者：Rhett Allain
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