Вы наверняка замечали это сотни раз. Начинается дождь, и светло-серый асфальт на дороге мгновенно становится темно-серым или даже черным. То же самое происходит с одеждой: мокрое пятно на футболке всегда выглядит темнее сухой ткани. Песок на пляже у кромки воды темный, а сухой — светлый.
Но если задуматься, это кажется абсурдным. Асфальт — серый. Вода — прозрачная и бесцветная.
Смешаем серый цвет с «бесцветным» — по логике должен получиться тот же самый серый. Откуда берется чернота? Кто добавил туда черную краску?
Ответ кроется не в химии, а в физике света. Вода не красит предметы. Она заставляет их «воровать» свет.
Как мы вообще видим цвета?
Чтобы понять фокус с водой, нужно вспомнить, как бывает видно сухие предметы.
Сухой асфальт или сухая ткань имеют шероховатую поверхность. Микроскопические бугорки, волокна, песчинки торчат во все стороны. Когда луч солнца падает на сухой асфальт, он ударяется об эти неровности и рассеивается.
Свет разлетается во все стороны, как бильярдные шары при разбивке. Большая часть этих отраженных лучей летит прямо вам в глаза. Чем больше света попадает в глаз от предмета, тем светлее (белесым) он нам кажется. Сухой асфальт выглядит серым именно потому, что он «возвращает» вам много хаотично отраженного света.
Что меняет вода?
Когда на асфальт попадает вода, она делает две вещи, которые превращают дорогу в ловушку для света.
1. Эффект гладкой пленки (зеркало в реверсе)
Вода заполняет неровности и покрывает асфальт пленкой. Поверхность становится более гладкой.
Теперь свет, падающий на дорогу, отражается не хаотично во все стороны, а направленно — вперед (как от зеркала).
Если вы смотрите на дорогу не против солнца, а просто вниз, то большинство лучей отражаются от водной пленки и улетают от вас дальше по улице. В ваши глаза попадает меньше отраженных лучей. Меньше света = более темный цвет.
2. Эффект многократного отражения (световая ловушка)
Это самое интересное. Часть света все-таки проходит сквозь воду и ударяется о сам асфальт. Луч отражается от камня и пытается вылететь обратно в воздух.
Но на границе «вода-воздух» происходит полное внутреннее отражение. Луч ударяется о поверхность воды изнутри и... отскакивает обратно в асфальт!
Свет попадает в пинг-понг: он скачет между дном (асфальтом) и поверхностью воды.
При каждом ударе об асфальт часть света поглощается материалом.
— Первый удар: асфальт поглотил часть света.
— Отражение от пленки обратно вниз.
— Второй удар: асфальт поглотил еще часть.
— И так несколько раз.
В общем, наружу выбирается лишь жалкий, ослабленный лучик. Вода работает как капкан: она запускает свет внутрь, но не выпускает его обратно, пока он полностью не истощится.
Почему мокрая ткань тоже темнеет?
С тканью работает похожий принцип, только там вода заполняет пространство между волокнами.
У сухой футболки волокна окружены воздухом. Свет легко отражается от границы «нитка-воздух» и летит вам в глаз.
У мокрой футболки волокна окружены водой. Оптические свойства (коэффициент преломления) воды и ниток ближе друг к другу, чем у ниток и воздуха.
Свету становится «лениво» отражаться, он проходит сквозь мокрую ткань насквозь или поглощается самой тканью. Отражения почти нет — вы видите темное пятно.
Мокрые предметы темнеют не потому, что меняют свой цвет. Они темнеют, потому что перестают делиться с вами светом. Вода либо перенаправляет лучи в другую сторону (как зеркало), либо запирает их внутри предмета, заставляя бегать по кругу, пока они не исчезнут.
Так что черный асфальт после дождя — это просто асфальт, который решил оставить весь солнечный свет себе.