Почему в дикой природе так много синего цвета: магия физики
В мире природы есть два основных способа отображения цвета: с помощью пигментных веществ, обеспечивающих избирательное поглощение цвета, или с помощью структурного цвета — использования микроскопических структур для управления отражением световых волн.
Ученые разработали компьютерную модель, которая объясняет, почему самые яркие матовые структурные цвета в природе почти всегда являются синими и зелеными. Оказалось, что весь секрет заключается в том, что это пределы структурного цвета в видимом световом спектре.
Помимо лучшего понимания того, как в естественном мире создаются самые яркие синие и зеленые тона, исследование также может пригодиться для разработки ярких, экологически чистых красок и покрытий, которые не потускнеют со временем и не будут выделять токсичные химические вещества.
«В дополнение к своей интенсивности и устойчивости к выцветанию матовая краска, в которой используется структурный цвет, также была бы гораздо более экологически чистой, поскольку для нее не нужны токсичные красители и пигменты», — уверяет физик Джанни Джакуччи из Кембриджского университета в Великобритании. «Однако сначала нам нужно понять, каковы ограничения при воссоздании этих типов цветов, прежде чем станет возможным какое-либо коммерческое применение».
В «структурном случае» сам фактический цвет (синий, зеленый, красный и т. п.) определяет наноразмерная структура поверхности, этим цветом обладающей. Иногда — например, на павлиньих перьях — этот цвет может быть переливающимся и переходить между цветовыми оттенками под разными углами зрения и при разном освещении. Эти переходы осуществляются упорядоченными кристаллическими структурами волосков перьев.
С другими же структурами можно получить матовый цвет, который не меняется из-за неупорядоченности; в природе это явление наблюдается только при получении синих и зеленых оттенков. Суть нового исследования заключалась в том, чтобы увидеть, было ли это обстоятельство ограничением для указанных структур.
Новая компьютерная модель, основанная на искусственных материалах, называемых фотонными очками, показала, что красный цвет действительно выходит за рамки методов рассеяния матовых структурных цветов.
«Из-за сложной взаимосвязи между однократным и многократным рассеянием, а также влияния коррелированного рассеяния, мы обнаружили, что помимо красного, желтый и оранжевый также становятся труднодостижимыми цветами», — пояснила химик Сильвия Виньолини из Кембриджского университета.
Вероятнее всего, именно поэтому в природе яркие матовые красные тона создаются с использованием природных пигментов, а не структурного цвета. Команда считает, что эволюция привела к появлению различных способов получения красных цветов из-за ограничений структур, лежащих в основе.
