Не понимаю почему радуга выглядит именно так. Почему она красно-оранжево-желто-зелено-синяя, а не какая то другая? Это что, просто случайность или в этом есть физическая причина? И почему цветов именно семь, или это придумано людьми?
Белый солнечный свет - это смесь волн разной длины. Когда он попадает в каплю воды, на входе преломляется, отражается от задней стенки капли и на выходе снова преломляется. Разные длины волн преломляются чуть по-разному - красный меньше, фиолетовый больше. Капля их буквально раскладывает по углам. Вот и все. Это не случайность, это физика преломления.
Разберем подробно, потому что там два отдельных вопроса.
Первый - почему именно эти цвета. Белый солнечный свет не является монохромным. Это смесь электромагнитного излучения с длиной волны примерно от 380 до 740 нанометров. Наш глаз воспринимает разные длины волн как разные цвета: 700 нм - красный, 580 нм - желтый, 500 нм - зеленый, 450 нм - синий. Когда луч света входит в водяную каплю, он преломляется. Показатель преломления воды чуть отличается для разных длин волн - это явление называется дисперсией. Красный свет преломляется меньше, фиолетовый больше. После отражения от задней стенки капли и второго преломления на выходе лучи расходятся под разными углами (от 40 до 42 градусов от исходного направления в зависимости от длины волны). Поэтому наблюдатель в каждой точке неба видит только один цвет от конкретной капли - тот, чей угол совпадает с его направлением взгляда.
Второй вопрос - почему семь, а не пять или двенадцать. Это Ньютон решил. Спектр непрерывный, в нем бесконечно много оттенков. Ньютон разделил его на семь частей, потому что был увлечен мистикой числа семь: семь нот, семь дней недели, семь планет известных тогда. Физического обоснования именно для числа семь нет. В Японии традиционно видели в радуге пять цветов, в некоторых культурах - три.
Про Ньютона и семерку - это прям открытие для меня. Никогда не задумывалась что это условность, а не факт природы.
Добавлю к ответу выше: именно поэтому в радуге нет пурпурного. Пурпурный - это смесь красного и синего, его мозг создает сам когда видит оба этих цвета одновременно. В спектре такой длины волны просто не существует. Это называют "незаконным цветом" в психофизике восприятия.
Если хочешь покопать глубже: то, что мы видим как радугу, сильно зависит от наших рецепторов. У людей три типа колбочек. У некоторых птиц - четыре, они видят ультрафиолет. Для них радуга выглядит принципиально иначе, там есть цвета которых мы физически не можем воспринять. Так что "цвета радуги" - это не свойство природы, а свойство человеческого глаза, встретившегося с природой.