Mắt người chỉ thấy ánh sáng có bước sóng trong khoảng từ chừng 380–400 đến 700–750 nanomet, gọi là phổ khả kiến — từ tím, qua lam, lục, vàng, cam đến đỏ. Đó chỉ là một lát mỏng trong toàn bộ phổ điện từ trải từ sóng vô tuyến dài hàng kilomet đến tia gamma nhỏ hơn hạt nhân nguyên tử. Mọi thứ nằm ngoài lát mỏng ấy — hồng ngoại, tử ngoại, vi sóng, tia X — đều vô hình với ta dù vẫn tràn ngập quanh ta.
Phổ điện từ: một dải liền, mắt chỉ thấy một khúc
Ánh sáng, sóng radio của đài phát thanh, sóng điện thoại, tia X chụp phổi đều cùng một bản chất: sóng điện từ. Chúng chỉ khác nhau ở bước sóng (khoảng cách giữa hai đỉnh sóng) và do đó ở năng lượng.
| Vùng | Bước sóng xấp xỉ | Gặp ở đâu |
|---|---|---|
| Sóng vô tuyến | Từ vài chục centimet đến hàng kilomet | Phát thanh, truyền hình |
| Vi sóng | Từ khoảng 1 milimet đến vài chục centimet | Lò vi sóng, Wi-Fi, điện thoại di động |
| Hồng ngoại | Từ khoảng 0,75 micromet đến 1 milimet | Điều khiển tivi, hơi ấm cơ thể |
| Ánh sáng nhìn thấy | Khoảng 380–750 nanomet | Mắt người |
| Tử ngoại | Khoảng 10–380 nanomet | Nắng gây cháy da, đèn diệt khuẩn |
| Tia X | Cỡ phần nghìn đến vài chục nanomet | Chụp X-quang |
| Tia gamma | Nhỏ hơn nữa | Phân rã phóng xạ, vũ trụ |
Nếu vẽ toàn bộ phổ trên một sợi dây dài một kilomet theo thang logarit, phần ta nhìn thấy chỉ chiếm chưa tới một bước chân. Ranh giới hai đầu cũng không sắc: độ nhạy của mắt giảm dần ở hai rìa, và mỗi người hơi khác nhau. Vì vậy các tài liệu ghi 380, 390 hay 400 nanomet cho đầu tím, 700, 740 hay 750 cho đầu đỏ.
Vì sao lại đúng khúc này
Có ít nhất ba lý do được giới khoa học nhắc tới, chúng bổ sung cho nhau:
- Mặt Trời phát mạnh nhất quanh đây. Ánh sáng Mặt Trời đến mặt đất có cường độ lớn nhất trong vùng nhìn thấy. Một con mắt "dò" đúng vùng sáng nhất thì thu được nhiều thông tin nhất.
- Khí quyển và nước để vùng này lọt qua. Tầng ozone chặn phần lớn tử ngoại sóng ngắn, hơi nước hấp thụ nhiều dải hồng ngoại. Nước — môi trường nơi mắt động vật đầu tiên tiến hoá — cũng trong suốt nhất với ánh sáng xanh lam – lục.
- Hoá học của phân tử cảm quang. Năng lượng của ánh sáng nhìn thấy vừa đủ để làm đổi hình dạng phân tử sắc tố trong võng mạc, nhưng chưa đủ để phá huỷ nó. Tử ngoại năng lượng cao gây hại cho mô; hồng ngoại năng lượng thấp khó tách khỏi "tiếng ồn" nhiệt của chính cơ thể ấm.
Ba loại tế bào nón và cách ta thấy màu
Võng mạc có hai loại tế bào cảm quang: tế bào que (nhạy, dùng khi tối, không phân biệt màu) và tế bào nón (dùng khi sáng, cho màu sắc). Người có thị lực màu bình thường có ba loại tế bào nón:
- Nón S (bước sóng ngắn): nhạy nhất quanh 420–440 nanomet, vùng tím – lam.
- Nón M (bước sóng trung): nhạy nhất quanh 530 nanomet, vùng lục.
- Nón L (bước sóng dài): nhạy nhất quanh 560 nanomet, vùng lục vàng. Dù hay gọi là "nón đỏ", đỉnh của nó không ở màu đỏ.
Não không đọc từng bước sóng. Nó so sánh mức kích thích của ba loại nón rồi "tính" ra màu. Vì thế một hỗn hợp ánh sáng đỏ và lục chiếu cùng lúc có thể trông y hệt ánh sáng vàng đơn sắc — màn hình điện thoại tận dụng điều này: nó chỉ có điểm ảnh đỏ, lục, lam mà vẫn hiện ra hàng triệu màu.
Ban ngày, mắt nhạy nhất với ánh sáng có bước sóng khoảng 555 nanomet (lục vàng). Đây là một lý do áo phản quang, xe cứu hoả ở nhiều nơi chọn màu vàng chanh: mắt bắt màu này nhanh nhất.
Màu tím hồng không có trong cầu vồng
Màu hồng cánh sen (magenta) không ứng với bước sóng nào cả. Nó xuất hiện khi mắt nhận cùng lúc ánh sáng đỏ và tím – lam mà thiếu lục ở giữa. Não "nối" hai đầu phổ lại thành một vòng màu khép kín. Màu hồng tím là sản phẩm của bộ não chứ không phải của vật lý — một ví dụ nhỏ rằng màu ta thấy không đơn giản là bước sóng.
Khi Isaac Newton tách ánh sáng Mặt Trời qua lăng kính vào những năm 1660, ông mô tả phổ màu và về sau chia thành bảy màu, một phần vì muốn tương ứng với bảy nốt nhạc. Ranh giới giữa các màu thật ra liền mạch; nhiều ngôn ngữ chia phổ theo cách khác nhau, và tiếng Việt từng dùng chữ "xanh" cho cả lục lẫn lam.
Con vật thấy phổ khác ta
| Loài | Thấy gì khác người |
|---|---|
| Ong mật | Thấy tử ngoại, lam, lục; gần như không thấy đỏ |
| Nhiều loài chim | Có thêm loại nón nhạy tử ngoại hoặc tím |
| Chó, mèo | Chỉ hai loại nón, phân biệt lam – vàng, kém ở đỏ – lục |
| Rắn lục, trăn | Cảm nhận hồng ngoại nhiệt bằng cơ quan riêng (không phải mắt) |
| Tuần lộc | Mắt nhận được một phần tử ngoại, theo nghiên cứu năm 2011 |
Các bài khác trong danh mục này đi sâu vào tử ngoại của ong và chim, và giác quan nhiệt của rắn. Điều đáng nhớ ở đây: "ánh sáng nhìn thấy" là khái niệm của loài người, không phải của tự nhiên.
Có người thấy được tử ngoại không
Thuỷ tinh thể của người trưởng thành chặn phần lớn tử ngoại trước khi nó tới võng mạc. Người đã mổ bỏ thuỷ tinh thể mà không thay bằng kính nội nhãn lọc tử ngoại (trường hợp hiếm ngày nay) cho biết thấy một số vật phát ánh lam tím lạ. Có giả thuyết cho rằng hoạ sĩ Claude Monet, sau ca mổ đục thuỷ tinh thể năm 1923, vẽ hoa với sắc lam tím khác trước vì lý do này — nhưng đây vẫn là giả thuyết được bàn luận, chưa có kết luận chắc chắn.
Góc nhìn hôm nay: sống cùng phần phổ vô hình
Hiểu giới hạn của mắt giúp ta tự bảo vệ:
- Tia tử ngoại không nhìn thấy nhưng gây cháy nắng và hại mắt. Kính râm nên có ghi chặn tử ngoại (thường ghi UV400). Kính tối màu mà không chặn tử ngoại còn hại hơn, vì đồng tử mở to hơn sau lớp kính tối.
- Đèn laser hồng ngoại (trong một số thiết bị) không nhìn thấy nhưng vẫn có thể làm hại võng mạc. Không nhìn thẳng vào đầu phát của thiết bị lạ.
- Muốn "thấy" phần phổ vô hình, có thể dùng camera điện thoại nhìn đầu điều khiển tivi khi bấm nút: nhiều camera bắt được ánh hồng ngoại gần, hiện thành chấm tím nhấp nháy.
Người muốn tìm hiểu thêm có thể xem các trang giáo dục về phổ điện từ của NASA, nơi mỗi vùng phổ được minh hoạ bằng ảnh vũ trụ chụp ở đúng bước sóng ấy. Một chiếc lăng kính nhỏ hoặc mặt đĩa CD đặt dưới nắng là đủ để tự thấy lát mỏng mà mắt người được ban cho.
Câu hỏi thường gặp
Mắt người nhìn thấy bước sóng nào?
Khoảng từ 380–400 đến 700–750 nanomet, từ tím tới đỏ. Ranh giới hai đầu không sắc và hơi khác nhau giữa mỗi người.
Vì sao mắt người không thấy tia hồng ngoại và tử ngoại?
Vì sắc tố trong tế bào cảm quang chỉ phản ứng với năng lượng của ánh sáng nhìn thấy, và thuỷ tinh thể chặn phần lớn tử ngoại. Ánh sáng Mặt Trời ở mặt đất cũng mạnh nhất trong vùng nhìn thấy, nên mắt tiến hoá để dùng vùng này.
Mắt người có mấy loại tế bào nón?
Người có thị lực màu bình thường có ba loại: nhạy bước sóng ngắn (tím lam), trung (lục) và dài (lục vàng). Não so sánh tín hiệu của ba loại để tạo ra cảm giác màu.
Màu hồng cánh sen có trong cầu vồng không?
Không. Màu hồng tím (magenta) không ứng với bước sóng đơn nào, mà do não tạo ra khi mắt nhận cùng lúc ánh sáng đỏ và lam tím.
Mắt người nhạy nhất với màu gì?
Ban ngày, mắt nhạy nhất với ánh sáng khoảng 555 nanomet, màu lục vàng. Trong bóng tối, độ nhạy dịch về phía lam lục, khoảng 507 nanomet.
