Culoarea e o grosime
Pelicula unui balon are două fețe. Lumina se întoarce de pe amândouă, iar cele două reflexii se întâlnesc în ochiul tău. La o anumită grosime, unele culori se întăresc, iar altele se sting. Culoarea dintr-un punct al balonului e, de fapt, o măsurătoare: îți spune cât de groasă e apa acolo, cu o precizie de câteva zeci de nanometri, măcar în culorile cele mai vii.
Apa se scurge în jos. Vârful se subțiază primul, iar culorile coboară în benzi spre bază. Isaac Newton a acoperit un balon cu un clopot de sticlă, ca să nu-l miște aerul, și a notat ce vedea:
Pe măsură ce balonul se subția, prin scurgerea continuă a apei, inelele se lărgeau încet și acopereau tot balonul, coborând în ordine până la baza lui, unde piereau unul după altul.Isaac Newton, Opticks, 1704, cartea a II-a, observația 17
Cuvintele lui Newton, lângă fizica de azi
Newton nu știa că lumina e o undă. Explica inelele prin niște „accese” ale razelor, când de reflexie ușoară, când de trecere ușoară. Totuși a măsurat. În același volum a publicat un tabel cu grosimea la care apare fiecare culoare, socotită în milionimi de țol.
Mai jos, în stânga, sunt culorile calculate azi pentru o peliculă de apă, din sensibilitatea ochiului așa cum a fost standardizată în 1931. În dreapta sunt cuvintele lui Newton, la grosimile lui, trecute în nanometri. Numerele din margine sunt „ordinele” lui, de la primul la al șaptelea.
De cele mai multe ori, se potrivesc. Unde Newton scrie „violet”, calculul dă violet, la 213 nm. Purpuriul lui din ordinul al treilea iese purpuriu, la 400 nm. Unde se despart, e în albastrurile palide de la început și în ordinele mari, spălăcite. Newton avea un balon, un clopot de sticlă și ochii lui.
Negrul
Chiar înainte să se spargă, vârful balonului se face negru. Nu e o gaură. Newton a văzut în pata neagră reflexia slabă a unei lumânări și, înăuntrul ei, pete și mai negre.
Una dintre cele două reflexii se întoarce decalată cu o jumătate de undă. Când pelicula ajunge mult mai subțire decât lungimea de undă a luminii, drumul în plus prin apă devine aproape zero. Cele două reflexii se anulează atunci pentru toate culorile deodată, și nu mai rămâne aproape nimic de văzut.
Newton a pus „foarte negrul” la trei optimi dintr-o milionime de țol, adică vreo 10 nanometri. Măsurătorile de azi găsesc două feluri de peliculă neagră: una obișnuită, de câteva zeci de nanometri, și una de vreo 4 nanometri, în care cele două straturi de săpun aproape s-au lipit, cu foarte puțină apă între ele. Ultima culoare a unui balon e cea mai fină măsurătoare pe care o face.
Ce e calculat și ce e închipuit
Calculat: culoarea pentru fiecare grosime și fiecare unghi. Sunt însumate toate reflexiile dintre cele două fețe, pentru 81 de lungimi de undă între 380 și 780 nm, apoi trecute prin funcțiile CIE 1931 în culorile ecranului. Lumina e un alb de zi (un corp negru la 6.504 K). Pelicula are indicele de refracție al apei, 1,333. O peliculă de săpun reflectă doar câteva procente din lumină, așa că luminozitatea e ridicată de câteva ori. Nuanța rămâne cea calculată.
Închipuit: forma exactă a scurgerii și vârtejurile, grosimea de pornire, fereastra și camera. Timpul e comprimat: aici un balon trăiește 37 de secunde. Spargerea e mult încetinită; în realitate, un balon dispare în câteva milisecunde.
Surse
- Isaac Newton, Opticks (1704). Ediția a patra, 1730, pe Project Gutenberg: cartea a II-a, partea I, observațiile 17–18; partea a II-a, tabelul grosimilor. www.gutenberg.org
- CIE 1931, funcțiile de potrivire a culorii pentru observatorul standard de 2°, din baza de date CVRL (University College London). www.cvrl.org
- Wikipedia, „Soap film”: petele negre, pelicula neagră obișnuită și pelicula neagră a lui Newton. en.wikipedia.org
- Wikipedia, „Thin-film interference”: reflexiile multiple într-o peliculă subțire. en.wikipedia.org