В чем разница между тусклым и ярким светом?

Яркость — это просто количество фотонов в секунду, попадающих в ваш глаз — все остальные свойства света одинаковы.

редактировать: воспринимаемая яркость - это количество «обнаруженных» фотонов, попадающих в ваш глаз в секунду!

Различные длины волн света соответствуют разным цветам. 555 нм означает свет с длиной волны 555 нанометров (миллиардов метров), это примерно зеленый свет. Все это говорит о том, что ваш глаз наиболее чувствителен к зеленому свету, поэтому заданное количество зеленых фотонов в секунду будет казаться ярче, чем такое же количество красных фотонов. Это видно по лазерным указкам, при той же мощности маленькие указки - зеленые смотрятся намного ярче красных.

Лампа мощностью 100 Вт рассеивает больше энергии в секунду (1 Вт = 1 Дж в секунду), чем лампа мощностью 20 Вт, и, следовательно, свет, исходящий от лампы мощностью 100 Вт, несет больше энергии, чем свет, исходящий от лампы мощностью 20 Вт.

В изображении света как электромагнитной волны энергия, переносимая светом, пропорциональна квадрату амплитуды волны. Технический термин для этой энергии — «поток Пойнтинга». (На самом деле мы обычно берем среднее время за один период колебаний в качестве определения энергии волны.) В этой модели фоторецепторы в вашем глазу являются осцилляторами. Что колеблется? Электрический заряд. Заряды ускоряются в ответ на электрическое поле света: чем больше электрическое поле (или амплитуда), тем больше амплитуда колебаний и тем больше электрические токи в вашем глазу (и тем больше яркость).

В изображении света как частицы (фотона) каждая частица несет с собой количество энергии, пропорциональное ее частоте:$E=h\nu$, где$h$постоянная Планка, а$\nu$это частота света. Тогда поток энергии представляет собой энергию на фотон, умноженную на поток фотонов (количество фотонов на единицу площади в секунду). Таким образом, лампа мощностью 100 Вт излучает больше фотонов в секунду, чем лампа мощностью 20 Вт. В этой модели фоторецепторы вашего глаза подвергаются химическим реакциям в результате поглощения фотонов. Чем больше фотонов поглощается в секунду, тем ярче появляется свет.

Я далеко не такой эксперт, как профессионал, но у меня есть личная страсть к этой области.

Тусклый и яркий — это термины восприятия. Есть много измерений. Я начну с простой идеи и построю.

Считайте, что вы приспособлены к монохроматическому свету с длиной волны около 533 нанометров, омывающему комнату, так что свет от самого яркого объекта генерирует примерно 1e7 фотонов в секунду на фовеальном L-конусе с диаметром лица 1 микрон. Это считается хорошо освещенной, но не стрессовой сценой. Фоторецепторные опсины обесцвечиваются со скоростью примерно 5-3 опсина в секунду. Свет не кажется ни тусклым, ни ярким, потому что вы адаптированы.

Если вы увеличите скорость исходных фотонов в 10 раз, тот же самый фоторецептор теперь обесцвечивается со скоростью 5e4 опсинов в секунду. Это кажется ярче. Но со временем фоторецептор подвергается фагоцитозу, уменьшая свою длину на 90%, возвращая скорость обесцвечивания опсинов обратно к 5e3 опсинам в секунду, так что теперь вы не ощущаете ни тусклости, ни яркости.

Если вы уменьшите длину волны до 430 нанометров, скорость обесцвечивания L-колбочек уменьшится на 90%, и можно было бы подумать, что это покажется тусклым. Однако скорость обесцвечивания S-колбочек достигает своего максимума, и S-колбочки оказывают более сильное влияние на воспринимаемую яркость, чем L-колбочки, поэтому без увеличения скорости фотонного обесцвечивания свет теперь кажется более ярким.

Это основная причина, по которой солнцезащитные очки из янтаря делают мир ярче и красочнее. Подавляя попадание фотонов с короткой длиной волны в глаз, адаптация смещения колбочек L и M способствует большему линейному диапазону. Это делает цвета более различимыми и является еще одним измерением яркости.

Я оставлю эти три измерения для дальнейшего обсуждения и, если потребуется, окунусь еще глубже в удивительный мир адаптации сетчатки к различным световым режимам.