Белый свет как физическое явление¶

Белый свет — в физике электромагнитное излучение видимого диапазона, воспринимаемое человеческим глазом как ахроматическое (бесцветное) ощущение. Представляет собой совокупность излучений с различными длинами волн, равномерно распределёнными по видимому спектру, либо смесь нескольких монохроматических излучений, дополнительных друг к другу. Строго говоря, ощущение белого возникает при определённом соотношении спектральных составляющих, а не при их единственно возможном наборе.

¶Природа явления

Видимый диапазон охватывает длины волн примерно от 380 до 780 нанометров. Монохроматическое излучение любой отдельной длины волны внутри этого интервала воспринимается как цветной свет — красный, зелёный, синий и промежуточные оттенки. Если же в глаз попадает излучение, содержащее все длины волн видимого диапазона в сопоставимых пропорциях, зрительная система не выделяет ни одного преобладающего тона, и возникает ощущение белого.

Классический пример естественного белого света — солнечное излучение. Вне атмосферы Солнце испускает непрерывный спектр, близкий к спектру абсолютно чёрного тела с температурой около 5800 кельвинов. Проходя через атмосферу, свет частично рассеивается и поглощается, поэтому у поверхности Земли его спектральный состав несколько меняется: он обогащается длинноволновой частью на закате и коротковолновой в полдень.

¶Разложение в спектр

То, что белый свет содержит излучение разных длин волн, было установлено Исааком Ньютоном в 1666–1672 годах в опытах со стеклянной призмой. Пропуская узкий пучок солнечного света через призму, Ньютон получал на экране непрерывную цветную полосу — спектр, в котором цвета переходят друг в друга от красного к фиолетовому. Вторичное пропускание уже разложенного света через призму не меняло картины, а смешение всех спектральных составляющих вновь давало белый свет.

Дисперсия — зависимость показателя преломления вещества от длины волны — приводит к тому, что разные спектральные компоненты отклоняются призмой на разные углы. Это явление лежит в основе работы спектральных приборов: призм и дифракционных решёток, применяемых в спектральном анализе.

¶Способы получения

В технике белый свет получают несколькими основными способами:

• Тепловое излучение. Лампы накаливания и галогенные лампы испускают свет раскалённой нитью, спектр близок к непрерывному.
• Газовый разряд. Люминесцентные и газоразрядные лампы создают излучение в отдельных спектральных линиях, а люминофоры преобразуют его в сплошной спектр.
• Смешение монохроматических источников. Светодиоды с излучением разных цветов, чаще всего красного, зелёного и синего, при смешении дают белое свечение.
• Люминофорное преобразование. Белые светодиоды обычно содержат синий кристалл и нанесённый на него люминофор, который частично преобразует синее излучение в жёлтое; смесь воспринимается как белая.

¶Цветовая температура

Различные источники белого света отличаются спектральным составом, что описывают цветовой температурой — температурой абсолютно чёрного тела, излучение которого имеет наиболее близкий оттенок. Шкала измеряется в кельвинах:

Свет с низкой цветовой температурой воспринимается как тёплый, с повышенной — как холодный. При этом физически «тёплый» свет содержит больше длинноволнового излучения, а «холодный» — коротковолнового.

¶Восприятие и цветопередача

Ощущение белого формируется зрительной системой человека, располагающей тремя типами колбочек с разной спектральной чувствительностью. Мозг сопоставляет сигналы от них и при определённом соотношении интерпретирует результат как белый. Поэтому один и тот же физический спектр может восприниматься по-разному в зависимости от адаптации глаза и окружающего фона.

Способность источника передавать цвета объектов характеризуют индексом цветопередачи (Ra или CRI). Для источников с непрерывным спектром, близким к солнечному, индекс приближается к 100. У некоторых газоразрядных и светодиодных ламп с линейчатым спектром индекс ниже, что приводит к искажению оттенков.

¶Значение и применение

Белый свет играет ключевую роль в освещении, оптике и метрологии. Эталоны белого используются при калибровке цветовых измерений, в фотографии и кинематографе для настройки баланса белого, в полиграфии и на экранах для воспроизведения цветов. В научных исследованиях белый свет применяют в спектроскопии, интерферометрии и при изучении оптических свойств материалов.

В быту и промышленности нормирование спектра источников связано с гигиеной освещения: от цветовой температуры и цветопередачи зависят зрительный комфорт и работоспособность. В России требования к осветительным приборам устанавливаются техническими регламентами и стандартами, в том числе в области светотехники.

¶В культуре и языке

Выражение «белый свет» в русском языке имеет и переносное значение — окружающий мир, всё существующее пространство («пойти по белу свету», «ни за что на белом свете»). Этот оборот встречается в фольклоре, литературе и разговорной речи, восходя к древнему противопоставлению света и тьмы, жизни и небытия. В поэтической традиции белый цвет устойчиво связывается с ясностью, чистотой и открытостью.

Источники: учебники по общей физике, разделы «Оптика» и «Волновая оптика»; работы И. Ньютона по оптике; справочные материалы по светотехнике и колориметрии; стандарты в области освещения.