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你知道嗎？【穿隧效應】
#本日冷知識892
你知道嗎？對著妹妹壁咚卻不小心穿牆過去，這可不是漫畫裡的劇情，也不是哈利波特中，只有魔法師們才能穿越9又3/4月台，麻瓜只能撞牆的橋段。
穿牆過去這件事，在科學理論上是實際可行的，只是機率小小小小到不行，小到在人類歷史上還沒有人成功過，小到你我每天在地球上跳啊跳，都沒有人會突然發現自己的腳陷入地板幾公分而上八卦版爆卦。
而今天我們就要來聊聊這科學理論告訴我們可以穿牆的「穿隧效應」。
舉例來說，當你向牆壁投擲小球時，小球不可能穿過牆壁，因此反彈回來。在日常生活中，所有運動皆遵從一些力學原理。這些原理在數百年前已被牛頓等物理學家發現，統稱為古典力學。
然而在 20 世紀初，物理學家發現古典力學並不適用於原子世界。當物體非常細小的時候，它的運動遵從另一套稱為量子力學的物理學原理。量子世界的事情和我們日常生活的完全不同。在量子世界中，物質可以呈現粒子的特性和波的特性，這稱為波粒二象性。
例如，當很多電子撞擊一層很薄的障礙物時，量子力學預測電子的表現像波動多於像粒子。導致的結果是，有一些電子如常地被反彈回來，但另一些電子竟能神奇地穿越障礙物。
理論上，巨觀物體也能發生穿隧效應，也就是說人是有可能穿過牆壁的，但要求組成這個人的所有微觀粒子都同時穿過牆壁，是幾乎不可能的，以至於人類歷史以來還沒有成功的紀錄。
你以為上述的這些都還只是理論還沒被證實嗎？不不不！其實現今科技已經有其應用囉！
不論是一般的光學還是電子顯微鏡，皆只能看到樣本的表面，而且後受到其放大倍數所限制。
但是利用穿隧效應的掃描穿隧電子顯微鏡（STM），可以透過連續發射電子觀測，觀察到物體表面的奈米結構，這是顯微鏡技術的一大進展，也成為現今奈米技術中的主要分析工具，專門用來觀測金屬或半導體的表面。
如果各位讀者對於STM的原理更有興趣，可以進入這個網址裡看看穿隧電子顯微鏡的工作原理動畫喔！http://www.hk-phy.org/atomic_world/stm/stm04_c.html
更多穿隧效應的解說：http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=59513
今天的圖片為法國作家馬歇爾·埃梅<穿牆人>小說作品中的主角雕像，雕像位於馬歇爾在蒙馬特的故居旁。是一部非常經典的小說，推薦給各位讀者喔！
圖片來源：維基百科-Le Passe-Muraille
[Miss Monday]
國小第一堂色彩課，老師就教大家：
紅黃藍是三原色，可以調出其他所有顏色，三個混在一起會變成黑色⋯
可是實際操作的時候往往調不出理論上的顏色，這是怎麼一回事呢？
原來我們現在學的紅黃藍三原色概念
基本上是在1920年，由一位瑞士畫家兼美術教育者約翰·伊登所提出的色彩模型
#伊登十二色色環
想必只要有上過小學自然或美術課的同學，一定都看過這張圖
從這張圖，我們可以看出一些重點，包括三原色、顏色的補色、還有顏色與顏色之間可以調出別的顏色等等⋯⋯這都是我們從小就耳熟能詳的東西
代表伊登提出的理論對後續一百年的美術教育真的影響深遠
不過伊登這個理論卻有一些問題
那就是
▸伊登宣稱三原色相加會調出黑色，實際上沒辦法
▸圖中的紅黃藍三原色，並沒有辦法調出圖中介於原色中間的綠色和紫色
▸事實上在顏料的世界並沒有所謂的「原色」可以調出所有色彩
▸我們無法使用紅黃藍系統調出洋紅色來
▸這個色輪所有色相的顏色並不成比例，就像時鐘鐘面上有一堆數字聚集在同一個角落，從紫色到綠色這段色彩間距是非常小的；相反的，從黃色到紅色這段色彩，間隙卻非常大，大約整整拉伸了兩倍的弧度
原因大概是因為我們眼睛對紅色到黃色這段色彩差異感受比較敏感，對藍紫色卻比較不敏感。而且，從人類開始畫畫以來，暖色調（紅橙黃）的顏料選擇一直都比冷色調（藍紫綠）更為繁多
由於以上這些問題，所以代表伊登選擇的紅黃藍三原色其實是不太對的
如果我們要重新選擇原色，那就要再追本朔源，回到兩百多年以前了解——牛頓提出的光學色彩理論
#光學物理：色彩的加法
早在17世紀，22歲的牛頓便透過三稜鏡，將一束白色自然光分離成一連串連續的彩色光譜，發現了色散現象
於是，他便發現白光可以被分解為不同顏色的色光
那麼問題來了——如果要組成白光，最少需要多少顏色呢？
這裏就要了解人體的生理構造
#原色的數量取決於視網膜中有幾種辨色細胞
1802年，英國物理學家楊格發現混合🔴紅(R)、🟢綠(G)、🔵藍(B)三個顏色的光，可以組成白光，並推論人眼有三種感光細胞
原來只要三種色光，依照不同的比例混合
便可以組成我們能夠看見的色彩
所以對人眼來說，色光三原色便是#紅綠藍
所以色彩的加法原則便是
【我們看見的顏色=所有射進眼中的光線的疊加】
而對每種生物來說，原色的數量都不一樣，完全取決於該生物的眼球構造
像鳥類多半都具有四種感色細胞
因此對於他們來說，就有四種原色
好了，解決了自體發光的物體的色彩法則
但我們平常看到的東西，都是反射光線讓我們看見的
這時候又要怎麼看他們的顏色呢？
#色彩的減法理論
我們之所以可以看見一朵紅色的花
是因為當白色日光照射他時
花朵吸收了綠色和藍色的光線
只反射紅色光線進入我們眼中
我們才得以覺得他是紅色
而白花，則是因為其沒有吸收任何光線
光線全反射入我們的眼中，所造成的感受
（或者是最少同時反射了紅綠藍三色光，看起來也會是白色）
【我們看見的顏色=白光-其吸收的光】
這便稱為「色彩減法理論」
所以我們就可以因此推導出平常調色使用的#色料三原色分別是
▸吸收了紅光，反射藍光與綠光的青色顏料（Cyan）
▸吸收了藍光，反射紅光與綠光的黃色顏料（Yellow）
▸吸收了綠光，反射藍光與紅光的洋紅色顏料（Magenta）
有沒有發現他們正好都是分別吸收了色光三原色的其中一個顏色呢？
沒錯，所以色光三原色紅綠藍正好分別是色料三原色青、黃、洋紅的補色喔！
好啦，解釋了這麼多，我們只剩下最後一個疑問
所以 #紅黃藍三原色的理論到底是哪來的？
其實這完全是因為知識傳播的不對等所造成的
在當時，研究色彩三原色與光學色彩理論的人，並不是同一群人
再來，當時的人對於光學還有人眼辨色的原理也還沒有這麼了解
於是許多畫家便依照長久累積下來的經驗、以及老師的傳承
歸納出紅黃藍作為色彩三原色的理論
時間回到牛頓發現色散原理後沒多久
1725年，一位德國畫家Jacob Christoph Le Blon便受牛頓的啟發
根據經驗推出了屬於顏色的三原色
即是我們現在所熟知的紅黃藍模型
他發現，根據這三種顏色可以調配出人們想要的大部分顏色
此外，這也是有歷史原因的，以前的顏料並不如現在這麼輕易可得
色彩種類也沒有這麼豐富
因此，因此一向珍貴的硃砂與飄洋過海的青金石製成的硃紅與群青顏料，便成了畫家心中的原色了！
加上後來美術教育者伊登的大力推廣，紅黃藍才成為大家普遍一般認為的色料三原色
#結論
世界上並沒有任何一種三原色，能夠調配出所有的色彩
之所以CMY會廣泛被大眾使用，是因為透過這三種顏色，可以使調色豐富度最大化而已
基本上，只要是在色環上，任何一個最外圍的原主色，都有同等資格當作原色
可想而知，也並沒有一個色相是次等的、或合成的
綠色、橘色、與紫色的階層，就與黃色一樣重要
如果要學色彩學，請從正確的CMY色輪開始學起
老師教紅黃藍三原色只是因為出於繪畫領域長期下來的習慣，但不代表這個習慣是對的
事實上，根據我在國中當美術老師的朋友消息
學校的色彩學教材都已經將傳統的伊登紅黃藍色環換成較為正確的CMY色環了
所以，為了不被孩子們嘲笑
我們一起建構正確的色彩概念，好嗎？
#色彩學
#watercolor #colortheory #三原色
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Section III Wave Motion
3.2.6 Light: Wave Nature of Light
Single Slit Experiment
這次一樣用科學跟歷史的角度來和你解釋，我們從小所學的——所謂的「紅黃藍」三原色、以及伊登色環——到底是哪裡出了問題？
1:19 三原色是什麼？色環又是什麼？
5:24 光學物理：色彩的加法
8:50 色彩的減法混色原理
11:12 那麼，美術三原色又是哪裡來的？
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【顏色的故事】系列👇
EP1 如何用三原色調出土耳其藍？他與Tiffany藍的差別是？
https://youtu.be/cURBR_GHFoQ
EP2 為什麼陰影用藍紫色畫？
https://youtu.be/4s3A3_RmQRc
EP3 你還在使用過時的「紅黃藍」三原色畫畫嗎？
https://youtu.be/u1MWHfduIEY
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➡️色彩原理｜為什麼紅黃藍混合只能調出咖啡色？你學到了假的三原色理論
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