Màu sắc không nằm sẵn trong đồ vật, mà là cảm giác bộ não tạo ra khi mắt nhận ánh sáng. Một quả cà chua "màu đỏ" vì bề mặt nó hấp thụ phần lớn ánh sáng xanh và lục, chỉ hắt lại chủ yếu ánh sáng đỏ; mắt bắt lấy phần hắt lại đó và não đặt tên là đỏ. Muốn có màu cần đủ ba thứ: nguồn sáng, vật và người nhìn. Thiếu một thứ, màu biến mất hoặc đổi khác.
Ba thành phần của màu sắc
| Thành phần | Vai trò | Ví dụ khi thay đổi |
|---|---|---|
| Nguồn sáng | Cung cấp các bước sóng ánh sáng | Áo đỏ dưới đèn đường vàng natri trông nâu xám |
| Vật | Hấp thụ một phần, hắt lại hoặc cho xuyên qua phần còn lại | Lá cây hấp thụ đỏ và lam, hắt lại lục |
| Mắt và não | Thu ánh sáng, so sánh, diễn giải thành màu | Người thiếu một loại tế bào nón lẫn đỏ với lục |
Ba thành phần này giải thích hầu hết những chuyện "kỳ lạ" về màu: vì sao chiếc áo mua trong cửa hàng về nhà trông khác, vì sao ảnh chụp dưới đèn huỳnh quang bị ám xanh, vì sao trong bóng tối mọi thứ chỉ còn xám.
Ánh sáng là gì và vì sao có nhiều màu
Ánh sáng là một dạng sóng điện từ, cùng họ với sóng radio, vi sóng, tia X. Mắt người chỉ cảm nhận được một khoảng rất hẹp, bước sóng khoảng 380 đến 750 nanomet. Trong khoảng ấy, bước sóng dài cho cảm giác đỏ, bước sóng ngắn cho cảm giác tím, ở giữa là cam, vàng, lục, lam.
Ánh nắng là hỗn hợp gần như đủ mọi bước sóng nhìn thấy, nên ta thấy nó trắng. Newton đã chứng minh điều này bằng lăng kính từ thế kỷ 17: ánh trắng tách ra thành dải màu, và gom dải màu lại thì được ánh trắng như cũ. Phần lớn đèn trong nhà ngày nay cũng cố tạo ra ánh "trắng", nhưng thành phần bước sóng của chúng khác ánh nắng, điều này ảnh hưởng tới cách đồ vật hiện màu (xem bài về nhiệt độ màu và đèn LED).
Vật có màu bằng cách nào
Hấp thụ và phản xạ
Phần lớn đồ vật quanh ta có màu nhờ sắc tố: những phân tử hấp thụ một số bước sóng và hắt lại phần còn lại. Lá cây có chất diệp lục hấp thụ mạnh ánh sáng đỏ và lam, nên phần hắt lại nhiều nhất là lục. Gấc chín, cà rốt có carotenoid hấp thụ lam, hắt lại cam đỏ. Một tờ giấy trắng hắt lại gần như mọi bước sóng, một mảnh vải đen hấp thụ gần như tất cả.
Cho ánh sáng xuyên qua
Kính màu, nước trà, giấy bóng kính có màu vì chúng cho một số bước sóng đi qua và chặn số còn lại. Cốc trà đặc màu nâu đỏ vì chất trong trà chặn bớt ánh sáng xanh.
Màu cấu trúc
Một số màu không đến từ sắc tố mà từ cấu trúc siêu nhỏ trên bề mặt: cánh bướm Morpho xanh óng, bong bóng xà phòng ngũ sắc, lông công. Những cấu trúc này làm các sóng ánh sáng giao thoa, tăng cường một số màu. Bài riêng trong danh mục này kể kỹ hơn.
Tự phát sáng
Ngọn lửa, đèn, màn hình, đom đóm không hắt ánh sáng mà tự phát ra ánh sáng. Màu của chúng phụ thuộc vào cách ánh sáng được tạo ra: nhiệt độ của vật nóng, loại khí trong đèn, chất bán dẫn trong đèn LED.
Mắt và não làm gì với ánh sáng
Võng mạc mắt người có ba loại tế bào nón, nhạy nhất với ánh sáng bước sóng ngắn, trung bình và dài (thường gọi gọn là nón "lam", "lục", "đỏ", dù gọi vậy chưa thật chính xác). Mỗi màu ta thấy là kết quả của việc não so sánh mức kích thích của ba loại nón này. Ánh sáng vàng tinh khiết và hỗn hợp ánh sáng đỏ với lục kích thích nón theo cách gần giống nhau, nên ta thấy cùng một màu vàng, dù về vật lý chúng khác hẳn nhau. Đây là nền tảng để màn hình chỉ cần ba màu điểm ảnh mà vẫn hiện được hàng triệu màu.
Não không chỉ đọc tín hiệu thô. Nó còn tự điều chỉnh theo ánh sáng xung quanh, nên tờ giấy trắng vẫn "trắng" dù dưới đèn vàng hay dưới nắng trưa. Hiện tượng này gọi là hằng định màu, có bài riêng trong danh mục Mắt nhìn màu. Chính khả năng điều chỉnh này đôi khi khiến hai người tranh cãi không dứt về màu của cùng một bức ảnh.
Màu có "thật" không
Câu hỏi nghe như triết học nhưng có câu trả lời khá rõ: bước sóng ánh sáng là thật, đo được bằng máy; còn "đỏ", "lục" là trải nghiệm trong não, phụ thuộc vào cấu tạo mắt. Chó chỉ có hai loại tế bào nón, nên thế giới của chúng ít màu hơn; tôm tít có tới hơn chục loại tế bào cảm quang. Cùng một bông hoa, mỗi loài thấy một kiểu. Có những màu như hồng tím (magenta) hoàn toàn không ứng với một bước sóng đơn lẻ nào: não "tạo" ra nó khi mắt nhận cùng lúc đỏ và tím. Nói cách khác, màu là sự gặp gỡ giữa vật lý và sinh học.
Góc nhìn hôm nay: ba phép thử nhỏ
- Đổi nguồn sáng: đặt một quả táo đỏ, một chiếc lá và một tờ giấy trắng dưới ánh nắng, dưới đèn LED trắng, dưới đèn ngủ vàng. Chụp ảnh bằng cùng một máy và so sánh.
- Đổi vật: nhìn đèn pin qua giấy bóng kính đỏ, rồi chiếu ánh đỏ ấy vào chiếc lá. Lá gần như đen, vì không còn ánh lục để hắt lại.
- Đổi người nhìn: nhìn chằm chằm một hình tròn đỏ trong khoảng 30 giây rồi nhìn sang tờ giấy trắng, bạn sẽ thấy một vệt xanh lơ. Đó là mắt "mỏi" tạm thời, chứng minh màu được tạo ra bên trong ta.
Muốn đọc thêm, chương ánh sáng và màu sắc trong sách Vật lý, Sinh học phổ thông là điểm khởi đầu tốt; các bảo tàng khoa học thường có góc thí nghiệm về màu.
Câu hỏi thường gặp
Màu sắc là gì?
Màu sắc là cảm giác não tạo ra khi mắt nhận ánh sáng với những bước sóng khác nhau. Nó cần ba thành phần: nguồn sáng, vật hấp thụ hoặc hắt lại ánh sáng, và mắt cùng bộ não người nhìn.
Vì sao đồ vật có màu khác nhau?
Vì mỗi vật hấp thụ những bước sóng khác nhau và hắt lại phần còn lại. Quả cà chua hắt lại chủ yếu ánh đỏ, chiếc lá hắt lại ánh lục, tờ giấy trắng hắt lại gần như tất cả.
Trong bóng tối đồ vật có màu không?
Không có ánh sáng thì không có gì để mắt nhận, nên không có màu. Trong ánh sáng rất yếu, mắt chủ yếu dùng tế bào que, loại không phân biệt màu, nên mọi thứ trông xám.
Màu trắng và màu đen có phải là màu không?
Về vật lý, trắng là hỗn hợp đủ các bước sóng, đen là gần như không có ánh sáng. Trong hội hoạ và đời sống, cả hai vẫn được gọi là màu, chỉ khác là chúng không có sắc như đỏ hay lam.