跨年夜的遍地投影，如何实现五彩斑斓的黑

您可以使用投影仪投射各种颜色，但是否可以投射出黑色呢？这会像用手电筒投射的影子一样吗？想象一下，当您做报告时，竟然可以投射出黑色背景的幻灯片。这是如何实现的呢？其中涉及到非常有趣的物理学知识，接下来让我们一同来探讨一下。

我们是如何看到黑色的?

我喜欢向学生们提出一些关于他们如何看到事物的问题。最有趣的问题是第一个：您是否曾经处于完全黑暗的环境中？我指的是没有光源，甚至没有门缝中的光线。您可能在洞穴探险中经历过类似的情况，导游会关闭灯几秒钟，让您感到害怕。(这不是个好主意；毕竟有时候灯是不会再亮起的。)

接下来的问题是：您在黑暗的房间里能看见什么？如果房间并非完全黑暗，您的眼睛会自动适应，使您最终能看到微弱的形状。然而，在完全黑暗的房间里，您将看不到任何东西，就像是一片真正的虚空。这种感觉有点让人不安。

为了增加趣味性，我进行了一个物理演示来帮助大家理解黑色。

这是一个带有管道的盒子。顶部还有一扇可打开的盖子。学生们向管子里观察，并试图确定盒子内的颜色。每个人的答案都相同 —— 里面是黑色的。随后我打开了顶部的门，光线射入，这时他们看到了盒子四周是白色的，里面还有我的照片。

关键在于这里：如果没有光线进入您的眼睛，您的大脑会将其视为黑色。

所有其他颜色

请记住，光是电磁波。电磁辐射可以具有各种波长，从数百米长的无线电波到只有几皮米（一米的万亿分之一）的伽马射线。我们能够看到的只是其范围内的一小部分，大致在400到700纳米之间。我们称之为可见光 —— 或称为“光”（尽管从技术上讲，它们都属于光）。

人类大脑通过解读可见光谱中的不同波长来感知不同的颜色。让白光通过衍射光栅，不同波长的光会以不同程度折射，这样您就可以看到这些颜色。这就是这样：

这样，您将得到一个良好的光谱，其中红色波长较长，紫色波长较短。这表明白光是由彩虹中所有颜色组成的。但是，像棕色、品红或青色这些不包括在彩虹中的颜色呢？实际上，它们并不对应单一波长。

那么，我们是如何看到这些颜色的呢？这确实是非常神奇的事情。我们的眼睛只能感知三种特定波长：红、绿、蓝。然而，通过以不同强度混合这三种波长，您可以感知任何颜色。

不信？事实上，如果您是在彩色屏幕的电脑或手机上阅读本文，您所看到的所有颜色都是如此生成的。屏幕中有一组微小的灯，它们可能为红、绿、蓝（RGB）色。每盏小灯都可调节亮度，组合生成您想要的任何颜色。如果您将一滴水滴在手机屏幕上，它会像放大镜一样，让您看到其中的RGB光。

而视频投影仪的方式呢？基本原理是一样的。不过，这不是因为一组微小的RGB灯，而是通过将RGB颜色投射到屏幕上的不同位置。

投射出黑色

现在我们来玩一点有趣的内容。投影仪如何展示黑色光？黑光就是没有光，就像我们之前所见。那么，您如何投射“没有光”呢？首先，让我们以电视屏幕为例。假设您有三盏小灯（红、绿、蓝），您可以通过关闭这三种颜色的灯来形成一个小黑点。哇，它就是黑色的！因此，您仅需关闭投影仪就能投射黑光吗？这似乎不太对吧？如果是这样，您将无法区分投射的黑色和无投影仪时屏幕之间的区别。但实际上，这就是它的工作原理。

让我们验证一下：在下面的图片中，我播放了一张半黑半白的幻灯片。幻灯片占据了屏幕的大部分区域。

您看不到黑色，对吧？这是因为那里什么都没有，室内环境中的光线只显示出了屏幕。这就解释了为什么我们需要在黑暗的电影院观看电影。所以，当达斯・维达在《星球大战》中登场，大步穿过莱娅公主的飞船时，他只是投影图像中维达形象的一部分。他周围发光的区域使我们的眼睛看到了深黑色的对比。他的热塑性盔甲也反射了灯光，增加了一些存在感。这改变了我们对黑暗面的理解，是吧？

作者：Rhett Allain

翻译：姬子隰

审校：7 号机

原文链接：How Does a Movie Projector Show the Color Black?

本文来自微信公众号：中科院物理所（ID：cas-iop），作者：Rhett Allain

广告声明：文中含有外部跳转链接（包括但不限于超链接、二维码、口令等形式），旨在传递更多信息，节省筛选时间，仅供参考。