सफ़ेद प्रकाश और वर्णक्रम
धूप सफ़ेद दिखती है, पर वह रंगों का मेल है। प्रिज़्म हर रंग को अलग मात्रा में मोड़ता है, इसलिए रंग फैलकर वर्णक्रम बनाते हैं: लाल, नारंगी, पीला, हरा, नीला, जामुनी, बैंगनी। हर रंग की अपनी तरंगदैर्घ्य है: लाल सबसे लंबी (लगभग 700 nm), बैंगनी सबसे छोटी (लगभग 400 nm)।
प्रकाश की ऊर्जा
प्रकाश छोटे-छोटे पैकेटों में आता है जिन्हें फ़ोटॉन कहते हैं। फ़ोटॉन की ऊर्जा सिर्फ़ उसके रंग (आवृत्ति) पर निर्भर है: E = h × f, जहाँ h प्लांक स्थिरांक है। प्रकाश c = f × λ से चलता है (c = 3 × 108 m/s)। यानी छोटी तरंगदैर्घ्य = ज़्यादा आवृत्ति = ज़्यादा ऊर्जा।
आसान तरीक़ा: E (eV में) = 1240 ÷ λ (nm में)। लाल प्रकाश 700 nm: 1240 ÷ 700 = 1.77 eV। बैंगनी 400 nm: 1240 ÷ 400 = 3.1 eV। ज़्यादा तेज़ प्रकाश का मतलब ज़्यादा फ़ोटॉन है, हर फ़ोटॉन की ज़्यादा ऊर्जा नहीं।
योगात्मक मिश्रण: प्रकाश से रंग बनाना
जब रंगीन प्रकाश एक-दूसरे पर पड़ते हैं तो रंग जुड़ते हैं। प्रकाश के तीन प्राथमिक रंग हैं: लाल, हरा और नीला (RGB)।
- लाल + हरा = पीला
- हरा + नीला = सियान
- लाल + नीला = मैजेंटा
- लाल + हरा + नीला = सफ़ेद
स्क्रीन यही करती है। हर पिक्सल में छोटे लाल, हरे और नीले बिंदु होते हैं और हर बिंदु 0 से 255 तक सेट होता है। यानी 256 × 256 × 256 = 1,67,77,216 रंग।
व्यवकलनात्मक मिश्रण: पेंट, स्याही और फ़िल्टर
पेंट प्रकाश नहीं बनाता। वह उस पर पड़ने वाले सफ़ेद प्रकाश के कुछ रंग घटा देता (सोख लेता) है। इस मिश्रण के प्राथमिक रंग हैं सियान, मैजेंटा और पीला (CMY)। सियान लाल को सोखता है, मैजेंटा हरे को, पीला नीले को।
- सियान + पीला = हरा (सिर्फ़ हरा बचा)
- मैजेंटा + पीला = लाल
- सियान + मैजेंटा = नीला
- तीनों = लगभग काला
प्रिंटर असली काले के लिए काली स्याही (K) भी डालते हैं। इसे CMYK कहते हैं।
पेंट: पिगमेंट, विलायक और रेसिपी
पेंट के तीन हिस्से होते हैं। पिगमेंट रंगीन चूर्ण है जो रंग देता है और घुलता नहीं। बाइंडर (जैसे तेल या ऐक्रेलिक) पिगमेंट को दीवार पर थामता है। विलायक (पानी या थिनर) पेंट को इतना पतला करता है कि फैल सके, फिर उड़ जाता है।
पेंट की रेसिपी हिस्सों की सूची है। जैसे 2 हिस्से नीला + 1 हिस्सा पीला = हरा; सफ़ेद मिलाने से हल्का होता है। दुकान की मशीन एक बेस में कई रंगीन पिगमेंट ठीक-ठीक मात्रा में मिलाती है, ताकि वही शेड दोबारा बन सके।
वस्तुओं का रंग क्यों होता है
वस्तु का रंग वह प्रकाश है जो वह लौटाती है। लाल सेब लाल लौटाता है और बाक़ी सोखता है। सफ़ेद कमीज़ सारे रंग लौटाती है। काली कमीज़ लगभग सब सोखती है, इसलिए धूप में ज़्यादा गर्म लगती है। हरे प्रकाश में लाल सेब लगभग काला दिखता है, क्योंकि लौटाने के लिए लाल प्रकाश है ही नहीं।
आँख रंग कैसे देखती है
आँख के पीछे रेटिना में शलाका (rods; कम रोशनी में काम करती हैं, रंग नहीं देतीं) और शंकु (cones; तेज़ रोशनी में काम करते हैं, रंग देते हैं) होते हैं। शंकु तीन तरह के हैं: लाल-जैसे, हरे-जैसे और नीले-जैसे। दिमाग़ देखता है कि हर तरह का शंकु कितना उत्तेजित हुआ और रंग बता देता है। अगर कोई एक तरह का शंकु कम या ग़ायब हो तो वर्णांधता (colour blindness) होती है (आम: लाल-हरा)।
इसीलिए स्क्रीन के लिए तीन प्रकाश रंग काफ़ी हैं: वे तीनों शंकुओं को अलग-अलग मात्रा में उत्तेजित करते हैं।
रंग-नक्शा और गैमट
वैज्ञानिक इंसानी आँख के देखे सब रंगों को एक मुड़े हुए चपटे चार्ट पर दिखाते हैं, जिसे वर्णता आरेख (क्रोमैटिसिटी डायग्राम) कहते हैं। स्क्रीन के लाल, हरे, नीले बिंदु इस पर तीन बिंदु हैं; स्क्रीन जो भी रंग बना सकती है वह इन्हें जोड़ने वाले त्रिभुज के अंदर होता है। यह त्रिभुज स्क्रीन का गैमट है। बड़ा त्रिभुज यानी ज़्यादा चटख रंग। तीन बिंदुओं वाली कोई स्क्रीन सारे दिखने वाले रंग नहीं दिखा सकती।
करके देखो
3D में: आख़िरी चरण पर जाओ। सिर्फ़ लाल और हरे से पीला बनाओ। फिर पेंट मोड चुनो और देखो कि वही स्लाइडर क्या करते हैं।
घर पर: फ़ोन की स्क्रीन को पानी की एक बूँद से देखो। छोटे लाल, हरे, नीले बिंदु दिख सकते हैं। अँधेरे कमरे में हरी पत्ती पर लाल टॉर्च डालो; पत्ती किस रंग की लगती है?
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- E = h × f (फ़ोटॉन की ऊर्जा)
- c = f × λ (c = 3 × 10⁸ m/s)
- E (eV) ≈ 1240 ÷ λ (nm)
- योगात्मक (प्रकाश): R + G + B = सफ़ेद
- व्यवकलनात्मक (पेंट): C + M + Y = लगभग काला
हल किए गए उदाहरण
1. लाल और हरे प्रकाश के मिलने से कौन-सा रंग बनता है? और सियान और पीले पेंट से?
लाल प्रकाश + हरा प्रकाश = पीला (प्रकाश जुड़ता है)। सियान पेंट + पीला पेंट = हरा (सियान लाल घटाता है, पीला नीला घटाता है, सिर्फ़ हरा बचता है)।
2. 500 nm तरंगदैर्घ्य के हरे प्रकाश की आवृत्ति निकालो।
f = c ÷ λ = 3 × 10⁸ ÷ (500 × 10⁻⁹) = 6 × 10¹⁴ Hz।
3. 620 nm तरंगदैर्घ्य के फ़ोटॉन की ऊर्जा eV में निकालो।
E = 1240 ÷ 620 = 2.0 eV।
4. किस फ़ोटॉन में ज़्यादा ऊर्जा है: लाल (700 nm) या नीला (450 nm)? कितनी?
लाल: 1240 ÷ 700 = 1.77 eV। नीला: 1240 ÷ 450 = 2.76 eV। नीले में लगभग 1.6 गुना ऊर्जा है (2.76 ÷ 1.77)।
5. एक पिक्सल (R, G, B) = (255, 255, 0) पर है। यह कौन-सा रंग है?
पूरा लाल + पूरा हरा + नीला नहीं = पीला।
6. लाल गुलाब पर सिर्फ़ नीला प्रकाश पड़ रहा है। वह किस रंग का दिखेगा?
लगभग काला। लाल गुलाब सिर्फ़ लाल लौटाता है। नीले प्रकाश में लाल है ही नहीं, इसलिए लगभग कुछ नहीं लौटता।
आम गलतियाँ
- दोनों नियम मिला देना: प्रकाश जुड़ता है (RGB), रंग घटाते हैं (CMY)। लाल + हरा = पीला सिर्फ़ प्रकाश के लिए सही है।
- पेंट के प्राथमिक रंग सिर्फ़ लाल, पीला, नीला मानना। प्रिंटर और भौतिकी सियान, मैजेंटा, पीला इस्तेमाल करते हैं।
- यह कहना कि तेज़ प्रकाश के हर फ़ोटॉन में ज़्यादा ऊर्जा होती है। तेज़ी फ़ोटॉनों की संख्या है; हर फ़ोटॉन की ऊर्जा रंग तय करता है।
- यह कहना कि लाल वस्तु लाल प्रकाश "बनाती" है। वह सिर्फ़ उस प्रकाश का लाल हिस्सा लौटाती है जो उस पर पड़ा।