Πώς μπορούν ορισμένα αντικείμενα να είναι εντελώς μαύρα και να είναι πολύ αντανακλαστικά;

Μερικά αντικείμενα είναι μαύρα επειδή αποτελούνται από μια ουσία που απορροφά όλα τα χρώματα του φάσματος του ορατού φωτός. Αυτό σημαίνει ότι το αντικείμενο δεν αντανακλά φως, με αποτέλεσμα να φαίνεται μαύρο.

Αν υπάρχει μια λέξη για να περιγράψει τη χρήση του μαύρου από τον Βαν Γκογκ στο Σιταροχώραφο με κοράκια, δεν είναι παρά στοιχειωμένο. Το ατελείωτο ίχνος των μαύρων κορακιών που πετούν πάνω από το άφθονο χωράφι με το σιτάρι φαίνεται να αναδύονται από τον σκούρο μπλε ορίζοντα, σαν οι παλίρροιες μιας ταραγμένης θάλασσας που αντανακλούν τα σύννεφα της καταιγίδας από πάνω της, σκασμένα, ζωντάνεψαν και έφυγαν μακριά. Ήταν το τελευταίο έργο τέχνης που ζωγράφισε ο Βαν Γκογκ πριν από το θάνατό του και περιόρισε την καταστροφή του.

Το Wheatfield with Crows είναι γνωστό ότι είναι ένα από τα καλύτερα έργα τέχνης του Vincent Van Gogh. (Φωτογραφία:Βίνσεντ Βαν Γκογκ / Wikimedia Commons)

Η εντύπωση των χρωμάτων ήταν πάντα σπλαχνική πρώτα και πνευματική μετά. Από καιρό κυριαρχεί στις αντιλήψεις μας για το τι είναι αξιοθαύμαστο και τι είναι αποκρουστικό. Ενώ το λευκό συνδέθηκε για πολύ καιρό με την αρχοντιά και τα δικαιώματα, το μαύρο συνδέθηκε ιδιαίτερα με τον διάβολο, την αμαρτία και τον θάνατο. Ωστόσο, μια πιο κατάλληλη έννοια για να περιγράψουμε το μαύρο είναι η μυστικότητα. Το μαύρο κρύβει, κυριολεκτικά.

Γιατί τα αντικείμενα είναι μαύρα;

Ο Νεύτωνας και ο Γκαίτε ήταν οι πρώτοι που μελέτησαν επιστημονικά τα χρώματα. Οι γελοιότητες του πρώτου με ένα πρίσμα έδειξαν ότι το λευκό φως αποτελείται από επτά χρώματα. Είναι η απορρόφηση και η αντανάκλαση αυτών των συστατικών που δίνουν στα αντικείμενα το χρώμα τους.

Ένα ουράνιο τόξο σχηματίζεται από σταγονίδια βροχής που συμπεριφέρονται σαν πρίσματα. (Photo Credit:Universities Space Research Association)

Το φως, ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα, είναι ένα σύμπλεγμα μηκών κύματος. Ωστόσο, τα μάτια μας είναι ευαίσθητα μόνο σε ένα μέρος αυτού του συμπλέγματος, το εύρος των μηκών κύματος που μπορούμε να δούμε, γνωστό ως ορατό εύρος. Το ίδιο το ορατό εύρος είναι ένα σύνολο από σφιχτά ακατάστατα μήκη κύματος και, παρόλο που δεν είναι συνεχόμενα, μπορούν να χωριστούν χονδρικά στα επτά χρώματα που παρατήρησε ο Newton.

Η δήλωση ότι τα αντικείμενα απορροφούν και αντανακλούν αυτά τα συστατικά μήκη κύματος σημαίνει ότι αντικείμενα ενός συγκεκριμένου χρώματος, ας πούμε ένα κόκκινο πουκάμισο, ακτινοβολούν αυτό το συγκεκριμένο χρώμα επειδή, λόγω κάποιου ηλεκτρομαγνητικού φαινομένου, τα άτομα και τα μόρια της βαφής αντανακλούν το μήκος κύματος που σχετίζεται μόνο με κόκκινο και απορροφούν τα υπόλοιπα μήκη κύματος που σχετίζονται με χρώματα διαφορετικά από το κόκκινο. Σκεφτείτε το σαν να πετάτε 7 διαφορετικές χρωματιστές μπάλες σε έναν τοίχο, έτσι ώστε το χρώμα του τοίχου να καθορίζεται από τη μπάλα που αντανακλά ο τοίχος. Τι λέει όμως αυτό για το ασπρόμαυρο;

Όπου το λευκό είναι η αντανάκλαση όλων των χρωμάτων μαζί, το μαύρο είναι το εντελώς αντίθετο – η πλήρης απορρόφηση. Έτσι, το μαύρο δεν είναι απλώς μια απουσία φωτός, αλλά, όπως έδειξε ο Γκαίτε, ένα προσεκτικά κατασκευασμένο μείγμα χρωστικών. Η απορρόφηση της φωτεινής ενέργειας με αυτόν τον τρόπο συνήθως την κάνει να εκδηλώνεται ως θερμότητα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα μαύρα πουκάμισα αποδοκιμάζονται το καλοκαίρι, καθώς είναι εξαιρετικοί συλλέκτες θερμότητας.

Ωστόσο, ενώ η πληθώρα των φωτεινότερων αποχρώσεων μπορεί να αποδοθεί στην ανάκλαση και τη συνένωση πολλαπλών μηκών κύματος, τι γίνεται με τις διαφορετικές αποχρώσεις του μαύρου;

Η διαφορά μεταξύ ματ και γυαλιστερού

Ενώ πολιτιστικά, η έννοια του μαύρου αμφιταλαντεύεται μεταξύ της απεικόνισης του τρόμου και της βαρύτητας, η αγαπημένη μου ήταν πάντα η εντύπωσή του σε λευκό χαρτί. Η υψηλή αντίθεση μεταξύ μαύρου και λευκού κατέστησε το μαύρο ως το πιο ευνοϊκό μελάνι για γραφή και ανάγνωση. Ωστόσο, το μαύρο ενός στυλό gel δεν είναι σαν το μαύρο ενός πάνθηρα. Σε αντίθεση με το βάθος του μαύρου ματ, λάμπει, σαν μια μπάλα 8 σε ένα πράσινο χαλί.

Snooker 8-ball (Φωτογραφία:Pixabay)

Στην πραγματικότητα, η προέλευση της λέξης «μαύρος» μπορεί να εντοπιστεί σε μια πρωτοϊνδοευρωπαϊκή λέξη bhleg που σημαίνει «λάμπω». Ωστόσο, εάν το μαύρο αντιπροσωπεύει την απορρόφηση όλων των μηκών κύματος, γιατί εξακολουθεί να λάμπει σαν να καταφέρνει με κάποιο τρόπο να ανακλά; Αυτή η ιδιαιτερότητα οφείλεται σε δύο παράγοντες:την ποσότητα του προσπίπτοντος φωτός και την επιφάνεια του ίδιου του αντικειμένου που ανακλά.

Ελλείψει επαρκούς φωτός, ακόμη και το κόκκινο μπορεί να γίνει αντιληπτό ως μαύρο. Επιπλέον, η διαφορά μεταξύ ματ και γυαλιστερού μαύρου μπορεί να εντοπιστεί στην αναλογία απορρόφησης και ανάκλασης του προσπίπτοντος φωτός. Αυτή η αναλογία επηρεάζεται σοβαρά από την επιφάνεια του αντικειμένου. Μόνο ιδανικά Τα μαύρα αντικείμενα μπορούν να απορροφήσουν κάθε κηλίδα προσπίπτοντος φωτός και να μην αντανακλούν απολύτως τίποτα. Ένα παράδειγμα αυτού είναι μια μαύρη τρύπα, της οποίας ακόμη και το φως δεν μπορεί να ξεφύγει από την έντονη έλξη. Πρακτικά, οι μικροσκοπικές ανωμαλίες της επιφάνειας επιτρέπουν πάντα να ανακλάται και να διαφεύγει λίγο φως.

Οι μαύρες τρύπες είναι τα πιο μαύρα πράγματα στο Σύμπαν. (Πηγή εικόνας:Wikipedia.org)

Για παράδειγμα, οι τραχιές ή ακανόνιστες επιφάνειες ανοίγουν το δρόμο για διάχυτη ανάκλαση, όπου το ανακλώμενο φως διασκορπίζεται τυχαία προς κάθε κατεύθυνση. Η αποκλίνουσα φύση αυτού του ανακλώμενου φωτός κάνει το αντικείμενο να φαίνεται πιο σκούρο, πιο ματ. Από την άλλη πλευρά, οι λείες επιφάνειες αντανακλούν το φως με στενό, συγκεντρωμένο τρόπο. Αυτό προκαλεί την εμφάνιση φωτεινών ή γυαλιστερών κηλίδων σε ένα υλικό. Αυτή η αντανάκλαση ονομάζεται κατοπτρική ανάκλαση. Τα μαύρα αντικείμενα που απεικονίζουν κατοπτρική αντανάκλαση είναι πιο κοινά από τα αντικείμενα που απεικονίζουν διάχυτη ανάκλαση.

Το Vantablack είναι το πιο μαύρο υλικό που έχουμε δει ποτέ. (Φωτογραφία:Surrey NanoSystems / Wikimedia Commons)

Το 2014, ο κόσμος εξοργίστηκε όταν μια βρετανική εταιρεία νανοτεχνολογίας ανέπτυξε το πιο μαύρο υλικό που έχουμε γνωρίσει ποτέ. Γνωστή ως Vantablack, η ουσία αποτελείται από νανοσωλήνες άνθρακα στενά ευθυγραμμισμένους στα άκρα τους. Το υλικό είναι τόσο σκούρο που σε λευκό φόντο, φαίνεται να είναι μια σκουληκότρυπα σε κάποια απομακρυσμένη γωνιά του βαθύ, εξώτερου διαστήματος. Το υλικό είναι γνωστό ότι αντανακλά μόνο το 0,045% του προσπίπτοντος φωτός! Ωστόσο, φυσικά, εξακολουθεί να μην είναι πιο σκοτεινό από τη Μαύρη Γάτα του Έντγκαρ Άλαν Πόε .