Hvor mange farver har regnbuen?

Svar:

Hej Jesper

Du er ikke den eneste, der finder antallet af farver i regnbuen forvirrende. Det korte svar er, at det præcise antal er et definitionsspørgsmål. Men samtidig er det ikke helt rigtigt — eller i hvert fald upræcist — at regnbuen indeholder alle tænkelige farver.

Opdagelsen

Det var Isaac Newton, som i sin tid (mere specifikt i en række forsøg der startede omkring 1666) viste, at Solens hvide lys i virkeligheden er en blanding af "alle" farver. Det viste han ved at lade sollyset passere ind igennem en prisme, der som bekendt spreder lyset ud i alle dets farver. Denne udspredning af lyset kaldes et spektrum. 

Man havde kendt til effekten i mange år, men den gængse forestilling var, at prismen ligesom farvede lyset. Newton, kvik som han var, viste, at hvis han lod spektret passere ind gennem endnu en prisme, som var vendt på hovedet, så kunne han samle lyset igen til en hvid stråle. Hvis prismen farvede lyset, burde prisme #2 jo farve det endnu mere.

Spektret

Du kan selv købe en prisme i en legetøjsbutik og foretage samme eksperiment. Indimellem kan man også være heldig at et vindue eller en lysekrone spreder lyset ud, som det skete for mig for nylig, hvor jeg straks måtte tage dette billede:

Som du kan se, er spektret et… ja, spektrum af farver. Der er en kontinuert overgang fra én farve til en anden. I princippet er der uendeligt mange farver, eller i hvert fald så mange, som du kan finde ord for. Det er derfor vi bruger ordet "spektrum" for andre begreber, der ikke nødvendigvis kan deles op i et bestemt antal, f.eks. psykiske lidelser, køn eller politiske overbevisninger.

Lyset består af fotoner, som er karakteriseret ved deres bølgelængde. Jo kortere bølgelængde en foton har, jo større vinkel afbøjes den med, når den passerer fra et medium (f.eks. luft) til et andet (f.eks. glas). Og da fotoner kan have en hvilken som helst bølgelængde, kan de også afbøjes med en hvilken som helst vinkel.

I stedet for bølgelængden kan man også tale om frekvensen, altså hvor hurtigt bølgerne svinger. Jo højere frekvens, jo kortere bølgelængde, og omvendt.

Newtons farvecirkel

Newton beskrev selv spektret som bestående af syv farver: rød, orange, gul, grøn, blå, indigo og violet.

Hvorfor syv? Newton var meget videnskabelig, men det var ikke unormalt på dette tidspunkt samtidig at gå op i tal og finde meninger, hvor der ikke nødvendigvis var nogle. Så hvis han først tænkte "Hmm, der er vist seks farver", eller måske otte, så skulle det ikke undre mig om han straks tænkte, "Med lidt god vilje kan jeg godt overbevise mig selv om, at der er syv farver, og det passer jo perfekt med, at der er syv toner i den doriske skala!" (do-re-mi-fa-sol-la-ti).

I hvert fald forestillede han sig en form for sammenhæng mellem farver og toner (hvilket jo sådan set ikke er forkert, idet begge dele afhænger af deres frekvens).

Derfor arrangerede han farverne på det hjul, hvor også de syv toner er angivet. Smukt og harmonisk.

Newtons ide om farverne var dog lidt anderledes end den moderne ide. Det han kaldte blå, vil vi i dag kalde turkis, eller cyan, eller blåggrøn. Hans indigo var meget mørkeblå, og den violette gik også lidt ind i det område, vi i dag vil kalde blå.

Som du skriver, tæller Wikipedias artikel turkis med som en separat farve. Men du, jeg, og alle andre, har lige så meget ret til at dele spektret ind i endnu flere farver og kalde dem f.eks. rødorange, lysegrøn og kongeblå.

Hvad er en farve?

På den anden side er det heller ikke korrekt at sige, at spektret indeholder "alle tænkelige farver". For eksempel ser du hverken magenta, beige, laksefarvet, brun eller lyserød (hvorfor man kan argumentere for, at farverne is regnbue-is ikke er særlig velvalgte).

Så hvordan opstår de farver?

I beskrivelsen af lysets farver har jeg hidtil talt om, hvad man kan kalde "rene spektralfarver", og lyset der giver disse rene farver er karakteriseret ved en enkelt bølgelængde. Her kan du se, hvilken bølgelængde de forskellige rene farver har, målt i nanometer:

Men vores øjne kan ikke se forskel på alle disse bølgelængder. Det menneskelige øje har nogle lysfølsomme celler, som hedder "tappe" og "stave". Stavene findes i tre versioner, som er følsomme overfor lys ikke med en bestemt bølgelængde, men henover hver deres bølgelængde-område.

Specifikt er disse tre typer følsomme for lys i det kortbølgede blå, det mellembølgede grønne og det langbølgede røde område. Men områderne lapper ind over hinanden, så selv om deres sensitivitet peaker omkring hhv. 440, 535 og 565 nanometer, kan de godt opfange fotoner med kortere og længere bølgelængder, omend sensitiviteten falder.

Her kan du se, hvordan de tre slags staves sensitivitet afhænger af lysets bølgelængde:

Som du kan se, består det lys, som vi tænker på som grønt lys, af fotoner med bølgelængder omkring 540 nanometer, men de bliver altså også til dels opfanget af de rød-sensitive stave, og en lille del af denne slags lys bliver endda opfanget af de blå-sensitive stave.

De rene spektralfarver kalder man også "mono-kromatiske", da de består af fotoner, som alle har den samme farve / bølgelængde. De farver, som ikke er i regnbuen, består derimod af lys, som er en blanding af fotoner med flere forskellige bølgelængder: "poly-kromatisk lys".

Hvis du f.eks. har noget lys som består af kortbølgede (blålige) og langbølgede (rødlige) fotoner, men ingen mellemliggende (grønlige), så vil hjernen opfatte dét som en anden slags farve, som vi kalder magenta. Tilføjer vi en god mængde grønne fotoner, kommer vi over i det, vi kalder lyserød, og fjerner vi dernæst lidt af det blålige, nærmer vi os noget laksefarvet.

Computerskærme og digitalkameraer har tre forskellige slags pixels, af præcis samme årsag: at prøve at genskabe det, som mennesker ser. Her har jeg leget lidt med at skrue op og ned for den blå, grønne og røde kanal for på den måde at skabe nogle farver, der ikke er i regnbuen:

Så altså, fordi vores øjne har tre forskellige farvereceptorer, er dét, som vi kalder "en farve", i virkeligheden resultatet af en relativ forskel mellem tre bølgelængdeområde. At sige, at farverne "magenta" og "laksefarvet" findes i regnbuen, er ikke helt forkert:

De bølgelængder, som skal til for at skabe magenta og laksefarvet, er jo til stede. Men eftersom begreberne magenta og laksefarvet kun giver mening, når man 1) har filtreret andre bølgelængder fra, og 2) har ladet et menneskeligt øje indfange, processere og fortolke dem, synes jeg nu alligevel ikke det er helt rigtigt at sige, at regnbuen indeholder alle farver.

Lad mig slutte af med tre fun-facts om farveopfattelse:

1. Nogle dyrs syn rækker ud i det ultraviolette, f.eks. visse rovfugle og bier. Rovfuglene bruger det til at lede efter frisk muse-urin, mens bierne bruger det til at se, hvor på blomsterne de skal lande.
2. Hunde har kun to forskellige stav-celler, så deres verden er ikke lige så farverig som vores.
3. Der findes et sindssygt dyr, som hedder en knælerreje, som har ikke mindre end 16 forskellige lysfølsomme celler. De må se verden som en eksplosion af farver, vandrende omkring i et konstant syretrip. Knælerrejer kan også accelerere deres forben med over 10.000 g og levere et slag, som skaber et kortvarigt vakuum i vandet, der derefter kollapser, lyser op, og skaber en trykbølge, som kan slå deres bytte ihjel hvis det ikke allerede var dødt af at blive ramt af et par forben med 100 km/t.

Bedste hilsener,
Peter Laursen, Astrofysiker og videnskabsformidler
Cosmic Dawn Center, Niels Bohr Institutet.