No.307 | 为什么调色板的三原色和电视机的三原色不一样

1.在完全失重的情况下，在我身边放一粒沙子，它会不会变成我的卫星，围着我转？

我们姑且先不纠结怎么做到长时间完全失重还能生龙活虎活蹦乱跳的，就先简单算一下人体引力导致的圆周运动。

按体重50kg计算，并且为了避免复杂的三维积分计算，我们把人体近似成球形（不是说人胖的意思）按照人体的密度，这是一个半径大约34厘米的球。直接把r=34cm代入引力公式 $\frac{GM}{r^2}=\frac{v^2}{r}$ ，得到线速度大约 $v=10^{-4}m/s$ ，一粒沙子质量大概0.1mg，这样动能大约只有 $5×10^{-16}$ 焦耳，这已经是这个二体系统中沙子所能获得的最大动能了。如此小的动能很容易在与空气分子的碰撞中失去。所以即使是最粗略的模型，沙子也不能持续性地围绕人体做圆周运动，不能被称作“卫星”。如果想实现沙子变卫星，至少也需要完全排除空气，做一个“真空中的球形人”。

如果总结一下这个脑洞失败的原因，那么大概应该是题目没有认识到引力到底是一个多么弱的力、引力起支配作用的空间是一个多么广袤的空间。引力的“作用强度”，也就是引力常量，大小只有数学公式: $10^{-11}$ 量级，这是高楼与原子在尺寸上的差距；引力的舞台也不是日常的生活，而是整个宇宙，地球是这个舞台上几乎最小不点的演员——是一个平均密度要有几吨每立方米、半径6400km的大球。所以，渺小的人类啊，学会敬畏宇宙吧！（中二病发）

2.为什么三原色在纸上是红黄蓝，在屏幕上是红绿蓝？

“原色”指的是不能通过其他颜色混合调配得出，而相互之间可以混合调配得出其他颜色的“基本色”。 在讨论三原色之前，我们要先了解一下我们是怎么看到屏幕上或者纸上的内容的。

光是一种电磁波，入射到人眼的视网膜上时，视锥细胞被激活，视锥细胞中的视蛋白通过探测不同波长的电磁波，感知不同的颜色，而视锥细胞对红、绿、蓝三种波长的电磁波比较敏感（视锥细胞对570nm、540nm、430nm三种波长附近的电磁波比较敏感，可以看到并不严格对应红绿蓝三种波长，实际上感知颜色涉及到人脑对信号进行整合与运算的复杂过程）。如果入射光波长在红光波段，人脑产生的就是红色的视觉；如果入射光包含了所有可见光的波长，则会产生白色的视觉。由于人眼本身对红、绿、蓝三色比较敏感，色光三原色（即屏幕上的三原色）就被认定为红、绿、蓝。

有的小伙伴可能就会问了：那为什么纸上不同样用红绿蓝作为三原色（色彩三原色）呢？这就涉及到我们看屏幕上与纸上内容的方式的区别了。屏幕是可以自己发光的，产生哪种波长的光我们就会感受到相应的颜色。而日常生活中绝大多数物体是不发光的，比如我们在纸上画画时，颜料或者墨就不能自己发光，我们看到的颜色实际上对应着它吸收的波长对应的补色（即图中正对着的颜色，红与青，蓝与黄，绿与品红），颜料会吸收特定波长的光，当反射回的光中缺失这一波长时，由于强烈的对比，我们就会看到这一波长的补色。

色光三原色

色彩三原色

我们的老朋友伊萨克·牛顿爵士进行色散实验之后，人们根据经验开发出了颜料的三原色：红、黄、蓝，这三种颜色可以混合得到大部分的颜色。后来人们在应用过程中发现红黄蓝三色无论如何也调不出品红色和青色，而用品红、黄、青三色可以调出红蓝两色。实际上红、绿、蓝所吸收的波长并不对应人眼所敏感的波长，而品红色的物体会强烈地吸收绿光，黄色物体会强烈地吸收蓝光，青色物体会强烈地吸收红光，正好是色光三原色的互补色，与人眼视锥细胞所敏感的波长相契合，故人们最终将色彩三原色改为品红、黄、青。至于为什么很多时候仍然说色彩三原色是红黄蓝，是因为人们已经习惯，并且教科书没有及时更新罢了。

3.为什么光线经过透镜会发生偏折呢，它的微观机理是怎样的？

初中的物理老师告诉我们，光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会发生改变，原因是在不同介质中，光的传播速度一般不同，导致波前方位发生改变，也就意味着光波的传播方向发生改变。那为什么光在不同介质中的传播速度不一样呢？

这里大家需要知道，光的本质是一种电磁波，遵循麦克斯韦电磁方程。当一束光从空气射进介质中时，介质中那些绕原子核运动的电子在受到电场力后会受到极化，
当核外电子相对于平衡位置产生偏移时，等效于产生许多电偶极子，这些电偶极子也将会反过来影响光，改变电磁波本身的相位与幅值，产生等效的介电常数。

这就是介质中光速不同的一种微观解释，由于透镜也算是一种介质，其晶格间的各原子有很多这样的绕核运动的电子，它们受到光场作用后又反过来影响光场，影响光波的传播速度，从而改变波阵面取向，也就改变了光线的传播方向。

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