Màu đen có phải là một màu không?

Màu sắc của cầu vồng là những màu được nhiều người yêu thích: đỏ, cam, vàng, xanh lá, xanh lam, chàm và tím. Mắt người cảm nhận ánh sáng theo các màu này.

Mặc dù vậy, bạn có thể nhận ra rằng mình nhìn thấy một số màu không phải là những màu nói trên, ví dụ như màu đen.

Khoa học màu sắc là lĩnh vực kết hợp vật lý và nhận thức. Các nhà khoa học màu sắc vẫn đi sâu tìm hiểu thêm về cách con người tiếp nhận màu sắc để tiếp tục sáng tạo ra các hệ thống màu sắc, chẳng hạn như màu trong máy chụp ảnh, trong các loại màn hình hay các hệ thống ánh sáng.

Để hiểu màu đen nằm ở đâu trên quang phổ màu, trước tiên chúng ta hãy xem xét ánh sáng thực sự là gì.

Ánh sáng là bức xạ mà mắt người nhìn thấy được

Ánh sáng là năng lượng gọi là bức xạ điện từ. Nó được tạo thành từ một dòng hạt năng lượng gọi là photon.

Mỗi photon có mức năng lượng riêng. Có hai đặc điểm bạn có thể sử dụng để mô tả một photon. Thứ nhất là tần số, tức là tốc độ nó dao động qua lại khi nó di chuyển; và thứ hai là bước sóng của nó, là khoảng cách giữa những dao động đó trong không gian.

Khi các photon có bước sóng trong phạm vi khoảng 400-700 nanomet truyền vào mắt bạn, não bạn sẽ coi chúng là ánh sáng. Các nhà khoa học gọi những photon này là bức xạ khả kiến. Bạn cảm nhận các photon có bước sóng khác nhau có màu sắc khác nhau.

Các photon bên ngoài phạm vi bước sóng đó là vô hình đối với mắt người. Năng lượng bước sóng ngắn hơn bao gồm tia cực tím, tia X và bức xạ gamma, trong khi năng lượng bước sóng dài hơn bao gồm sóng hồng ngoại và sóng vô tuyến.

Sắc thái và cường độ

Số lượng photon cũng ảnh hưởng đến khả năng mắt nhận biết màu sắc ở các bước sóng khả kiến khác nhau. Nhiều photon hơn có nghĩa là ánh sáng mạnh hơn, trông sáng hơn.

Một màu sắc rất sống động bao gồm chủ yếu là các photon có bước sóng tương tự. Ví dụ, màu đỏ thuần khiết có thể bao gồm các photon có chung bước sóng gần 620 nanomet.

Một luồng photon có phạm vi bước sóng rộng hơn sẽ xuất hiện dưới dạng màu nhạt, ít bão hòa hơn. Ánh sáng trắng, chẳng hạn như ánh sáng ban ngày tự nhiên, bao gồm các photon có bước sóng trải khá đều trên một phạm vi rộng của quang phổ khả kiến.

Đèn LED và các nguồn sáng điện khác không hoàn toàn đồng nhất trên quang phổ nhưng chúng vẫn có màu trắng hoặc tiêu sắc, nghĩa là không có màu.

Các bước sóng kết hợp lẫn lộn với nhau tạo nên màu mới. Ví dụ thị giác của con người diễn giải hỗn hợp ánh sáng đỏ thuần khiết với ánh sáng xanh lục thuần khiết thành màu vàng; nếu thêm màu xanh lam thuần khiết vào, hỗn hợp bức xạ này sẽ trở thành màu trắng.

Các nhà khoa học và kỹ sư tận dụng đặc tính này trong các thiết bị hiển thị để tạo ra nhiều màu sắc cảm nhận được bằng cách trộn các màu cơ bản đỏ, lục và lam.

Màu đen trên quang phổ màu

Mặc dù không có màu đen trong 7 màu của cầu vồng nhưng các photon ở bất kỳ đâu trong quang phổ điện từ đều có thể được coi là màu đen. Hoặc trong một số trường hợp, chúng hoàn toàn không thể nhìn thấy được.

Bức xạ trong quang phổ khả kiến có thể được mắt nhận biết là màu đen nếu nó ở mức độ năng lượng thấp, cụ thể hơn là mức năng lượng thấp hơn môi trường xung quanh.

Ngoài ra, bức xạ nằm ngoài phạm vi bước sóng khả kiến sẽ được mắt nhận biết là màu đen. Ví dụ bức xạ hồng ngoại có màu đen vì con người không nhìn thấy được.

Nhận thức mang tính chủ quan

Mắt chúng ta phát hiện bước sóng và mức độ năng lượng của ánh sáng, nhưng bộ não của chúng ta lại giải thích nó. Vì vậy cảm nhận về màu sắc luôn phụ thuộc vào tình huống, hoàn cảnh.

Con người rất giỏi thích nghi với nhiều mức độ ánh sáng khác nhau, từ ánh sáng mặt trời đến ánh sao. Vì vậy, nhận thức của chúng ta về màu sắc và độ sáng phụ thuộc vào những gì xung quanh và những gì chúng ta nhìn thấy gần đây.

Nếu bạn bước từ ánh sáng ban ngày ngoài trời vào một rạp hát tối, ban đầu bạn có thể cảm nhận toàn bộ môi trường xung quanh là màu đen và thậm chí bạn có thể gặp khó khăn trong việc tìm lối đi.

Tuy nhiên, ngay sau đó hệ thống thị giác của bạn bắt đầu thích ứng với mức độ ánh sáng yếu. Chẳng mấy chốc, các chi tiết hình ảnh bắt đầu xuất hiện. Những gì xuất hiện màu đen bây giờ có mức độ sáng và màu sắc khác nhau.

Hãy xem ảo ảnh quang học của một hình chữ nhật sáng bên cạnh một hình chữ nhật tối. Mỗi hình chữ nhật có một hình tròn. Các hình tròn có vẻ có sắc thái khác nhau nhưng thực tế là giống hệt nhau.

Trên nền sáng, hình tròn đủ tối để trông có màu đen, nhưng khi được bao quanh bởi nền đen thì hình tròn đó chỉ có màu xám đen. Ngay cả khi bạn biết các hình tròn đó có cùng một màu thì cũng khó tin vì hiệu ứng của nền xung quanh quá mạnh.

Màu phải tối đến mức nào để nhìn ra thành màu đen? Một cách khác để đặt câu hỏi là ánh sáng vật lý phải có công suất thấp đến mức nào để trông có màu đen?

Để có câu trả lời trực quan, chúng ta hãy nhìn vào độ chuyển màu từ xám đậm sang đen. Ranh giới hoặc ngưỡng ở đâu mà bạn gọi là màu đen? Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn làm mờ màn hình hoặc xem màn hình trong môi trường sáng hơn hoặc tối hơn nhiều? Có lẽ câu trả lời tốt nhất cho việc trời tối đến mức nào là "Còn tùy".

Nhận thức về màu sắc là một chủ đề hấp dẫn và các nhà khoa học về màu sắc đang tiếp tục khám phá chi tiết về cách hoạt động của hệ thống thị giác con người, đồng thời áp dụng kiến thức học hỏi được vào nhiều thứ hữu ích khác, bao gồm thuốc nhuộm, máy ảnh, máy in, hệ thống chiếu sáng LED và màn hình AR/VR.