顏色真的存在嗎

嚴(yán)浩

人眼中的世界是五顏六色的，正是這樣的多彩和繽紛讓我們感受到了生活的美好。當(dāng)你拿起畫筆盡情創(chuàng)作的時(shí)候，有沒有想過， 這個(gè)世界為什么有這么多絢麗的色彩呢？光是我們能看到色彩的前提。那么，如果沒有光，顏色還存在嗎？

顏色是什么？

顏色是什么？它是真實(shí)存在的嗎？其實(shí)，顏色是一種感覺，是光被眼睛接收后在大腦中產(chǎn)生的感覺。

你應(yīng)該聽說過，光是一種電磁波。能夠讓人類產(chǎn)生視覺反應(yīng)的電磁波的波長(zhǎng)在400～700納米之間。我們之所以會(huì)產(chǎn)生千差萬(wàn)別的顏色感覺，是因?yàn)樵谶@個(gè)區(qū)間，每一種波長(zhǎng)的光所含的能量不同（也就是光譜成分不同）。人類對(duì)顏色的感知，是大腦將眼睛接收到的光線經(jīng)過處理所產(chǎn)生的一種感覺，然后，我們將這種感覺定義成紅、橙、黃、綠、灰、金等顏色。

說到接收光線，就不得不提到視網(wǎng)膜上的視錐細(xì)胞。人眼中一般有S、M、L共3種視錐細(xì)胞，它們分別負(fù)責(zé)感受可見光中的短、中、長(zhǎng)波段的光。如果進(jìn)入人眼的是波長(zhǎng)較長(zhǎng)的650納米的光，那么大腦接收到的視覺信號(hào)就主要來(lái)自L型視錐細(xì)胞，人就會(huì)產(chǎn)生紅色的色覺；對(duì)波長(zhǎng)為590納米的光來(lái)說，L、M 型視錐細(xì)胞都會(huì)產(chǎn)生信號(hào)，這就會(huì)使我們產(chǎn)生黃色的色覺；如果是波長(zhǎng)為450納米的光照到視網(wǎng)膜，則會(huì)激發(fā)S型視錐細(xì)胞，讓人產(chǎn)生藍(lán)色的視覺。值得注意的是，波長(zhǎng)為400納米的光在激發(fā)S 型視錐細(xì)胞的同時(shí)，還會(huì)捎帶著激發(fā)L 型細(xì)胞，讓我們產(chǎn)生紫色（紫羅蘭色）的視覺。

世間的萬(wàn)紫千紅——復(fù)合光

以上只是針對(duì)只含有一種光譜成分的單色光進(jìn)行的討論。如果光譜中存在一種以上的光譜成分，就被稱作復(fù)合光。

每種光對(duì)3種視錐細(xì)胞的激發(fā)程度不同，就讓我們產(chǎn)生了不同的色覺。

那么，是否只要將光譜成分重現(xiàn)，我們就能還原出相應(yīng)的色彩呢？答案是肯定的，但并不可行。試想一下，以這種方式重現(xiàn)色彩，我們要在400～700納米的光譜區(qū)間里，控制多少個(gè)變量？事實(shí)上，通常的彩色屏幕只有紅、綠、藍(lán)3種顏色的子像素（有些顯示屏加入了黃色或白色）。

當(dāng)紅色與綠色同時(shí)開啟且亮度相等時(shí)，我們就感覺到了黃色，這種黃色復(fù)合光給人的感覺與590納米的單色光相差無(wú)幾。紅、綠、藍(lán)這3種顏色兩兩開啟，還能得到品紅與青色；當(dāng)3種顏色同時(shí)開啟，我們就看到了白色；而當(dāng)這3種顏色以不同的亮度組合起來(lái)，就會(huì)產(chǎn)生上百萬(wàn)種顏色。

如果你有些彩繪的經(jīng)驗(yàn)，你可能會(huì)說，只要有紅、黃、藍(lán)3種顏料，就能調(diào)出所有顏色。事實(shí)差不多是這樣的，不過要糾正的一點(diǎn)是，這3種顏料是品紅、黃和青色，也就是上圖中任意兩個(gè)顏色疊加的顏色。和sRGB 一樣，這種CMYK 色空間也不能表現(xiàn)所有顏色。

CMYK是彩色印刷時(shí)采用的一種套色模式，利用色料的三原色混色原理，加上黑色油墨，用C（cya n，青）、M（magenta，品紅）、Y（yellow，黃）、K（black，黑，此處縮寫使用字母k ，是因?yàn)樵谡w色彩學(xué)中已經(jīng)將B 定義為RGB中的blue藍(lán)色）4種顏色混合疊加，形成所謂“全彩印刷”。理想的C MYK的印刷效果應(yīng)該完全等同于RGB三色光的呈現(xiàn)效果，但實(shí)際上一般彩色印刷/ 噴墨/ 激光所使用的C MYK色料均有不同程度的色偏現(xiàn)象，印刷實(shí)際形成的色彩空間遠(yuǎn)小于RGB。

RGB是工業(yè)界普遍采用的一種顏色標(biāo)準(zhǔn)，是通過對(duì)紅（ R，red ）、綠（ G，green ）、藍(lán)（ B，blue ） 三個(gè)顏色通道的變化和相互疊加來(lái)得到各式各樣的顏色。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)幾乎包括了人類視力所能感知的所有顏色，是運(yùn)用最廣的顏色系統(tǒng)之一。電子顯示器大都采用RGB顏色標(biāo)準(zhǔn)。s RGB （ 即standard RGB ） 是由微軟聯(lián)合惠普、三菱、愛普生等廠商共同開發(fā)的一種通用色彩標(biāo)準(zhǔn)，受到絕大多數(shù)數(shù)碼圖像采集設(shè)備廠商的支持，對(duì)數(shù)碼用戶，以及色彩相關(guān)的行業(yè)用戶有著“統(tǒng)一語(yǔ)言”的作用。

你看到的白是什么白？

下面要聊一聊白色了。

太陽(yáng)是自然界最主要的白色光源，太陽(yáng)光就是白色的，由紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫7種顏色復(fù)合而成。那么，這些顏色的混合比例是怎樣的呢？在太陽(yáng)的光譜圖中，展示了太陽(yáng)從紅外到紫外區(qū)域的所有光譜。圖中的外包絡(luò)線是太陽(yáng)的發(fā)射光譜，當(dāng)陽(yáng)光經(jīng)過大氣層的吸收與散射后，我們?cè)诘孛娴玫降木褪菆D中內(nèi)層的光譜，其中能量最高的地方正好在可見光波段的綠色區(qū)域附近。除了可見光以外，太陽(yáng)光譜在近紅外和紫外波段也有可觀的能量。

我們身邊有很多白色的物體，但如果把它們放在一起對(duì)比，肯定會(huì)發(fā)現(xiàn)“白”得各不相同，有的發(fā)藍(lán)，有的泛黃。以照明設(shè)施來(lái)說，電燈泡就是那個(gè)泛黃的，而熒光燈顯得更白一些。我們對(duì)白色還有另一種更具體的描述——色溫，即高溫下黑體輻射光的顏色，以開爾文（K）為單位。剛出爐的熱鋼鐵是紅色的，對(duì)應(yīng)的色溫比較低，可能在2000K（即1726.85℃）左右；而約3000K（即2726.85℃）的液態(tài)鋼是略帶點(diǎn)黃的白色，與燈泡的顏色差不多；至于科教片中巨大的淡藍(lán)色恒星，它的表面溫度在7000K（即6726.85℃）以上，比我們太陽(yáng)的表面溫度還要高。

通常情況下，3000～6000K的黑體輻射光，以及能夠產(chǎn)生相同色覺的其他復(fù)合光都可以稱為白光。其中，偏黃一些的色溫較低，偏藍(lán)一些的色溫較高，恰好與我們對(duì)冷暖色的定義相反。

就上面提到的白色光源而言，燈泡是通過電流在燈絲上產(chǎn)生高溫而發(fā)光的，它的色溫與燈絲的溫度是一樣的。但熒光燈不同，它屬于冷光源，發(fā)光過程是通過電子與汞原子的作用先產(chǎn)生紫外線，然后讓紫外線照射到熒光物質(zhì)上，發(fā)出紅、綠、藍(lán)3種顏色的熒光，從而使人產(chǎn)生白色色覺。很多LED 燈也是先產(chǎn)生紫外線，然后通過3種顏色的熒光物質(zhì)產(chǎn)生白色。

雖然都是白光光源，但由于光源光譜成分的缺失，相比陽(yáng)光，熒光燈和LED 燈照耀的物體顏色會(huì)顯得不自然。假設(shè)某個(gè)鮮艷的黃色物體只反射590納米附近的黃色光，那么在熒光燈下，由于照明光中590納米的光譜成分很少，這個(gè)物體的顏色就會(huì)顯得黯淡。所以說，在熒光燈下拍照，或是自拍時(shí)使用手機(jī)屏幕補(bǔ)光，都不是什么好主意。

你說的黑是什么黑？

我們看到的白不一定是同一種白，那么，我們眼前的黑，是否真的就是漆黑一片呢？

你一定見過紅外監(jiān)控?cái)z像機(jī)，它是很多場(chǎng)所的重要安保設(shè)備。這種攝像機(jī)即使在黑暗中，也能夠發(fā)射紅外線照明，然后通過拍攝紅外線進(jìn)行錄像，只是我們的肉眼很難看到紅外線。

同樣的，由于人眼對(duì)紫外線也不敏感，所以如果光譜中只有紫外線，我們?nèi)庋劭吹降倪€是漆黑一片。但是，紫外線有一點(diǎn)與紅外線不同，它與物體作用時(shí)很容易轉(zhuǎn)化成可見光。紫外線的光子具有很高的能量，當(dāng)它被物質(zhì)吸收時(shí)，能夠通過熒光過程產(chǎn)生能量較低的可見光光子，從而被人眼接收到。舉個(gè)例子，紫外驗(yàn)鈔機(jī)的光看起來(lái)很暗，因?yàn)槠涔庾V成分主要是我們看不到的紫外線加上少量的藍(lán)紫光。當(dāng)這些紫外線在鈔票的防偽區(qū)通過熒光轉(zhuǎn)化成可見光時(shí)，我們就會(huì)覺得這個(gè)區(qū)域特別亮。

另外，不同的動(dòng)物對(duì)光波的感受范圍也不一樣。一些動(dòng)物，例如鳥類，就有紅外或紫外視覺，它們眼中的世界和我們的有很大不同。

動(dòng)物的色彩世界

你是否有過這樣的好奇：人類為什么擁有這樣的視覺？

在人類的可見光波段，太陽(yáng)光的強(qiáng)度最強(qiáng)，因此，在這個(gè)波段產(chǎn)生視覺是最有效的。而色覺依賴于我們大腦中的視錐細(xì)胞的種類。

很多種類的動(dòng)物都擁有4種視錐細(xì)胞，具有四色視覺，相比只擁有3種視錐細(xì)胞的人類，它們可以感受到更豐富的色彩。這些動(dòng)物包括絕大多數(shù)爬行類、鳥類和昆蟲。而在演化的道路上，絕大多數(shù)哺乳類動(dòng)物則失去了部分種類的視錐細(xì)胞和一些分辨顏色的能力。除靈長(zhǎng)類以外，大多數(shù)陸地哺乳類動(dòng)物只有兩種視錐細(xì)胞，而多數(shù)海洋哺乳類動(dòng)物甚至不能區(qū)分顏色。

那么，人類為什么會(huì)有3種視錐細(xì)胞呢？這與開花植物有著不可分割的聯(lián)系。

在動(dòng)物世界中，你可能會(huì)看到，猩猩在森林里游蕩，以水果為食，飽餐之后，將果核隨手扔了出去。植物充分利用了這種習(xí)性，將自己的種子傳播到更遠(yuǎn)的地方，避免了同類競(jìng)爭(zhēng)。但是，如果還未成熟的果實(shí)被摘走，這對(duì)植物來(lái)說可就不值當(dāng)了。所以，植物通過兩種方式引導(dǎo)動(dòng)物去采摘成熟的果實(shí)。

第一種方式是果實(shí)顏色的轉(zhuǎn)變。多數(shù)果實(shí)在成熟之前是綠色的，而成熟之后會(huì)變成黃色或紅色，這在綠葉叢中非常鮮艷，仿佛是在推廣自己一樣。第二種方式是果實(shí)口味的轉(zhuǎn)變。果子在成熟之前非常酸澀，而成熟之后在激素的作用下，迅速轉(zhuǎn)化成甜味，通過這種方式，植物成功地告訴取食者，一定要分清果實(shí)是否成熟。在這樣的自然選擇下，少數(shù)具有3種視錐細(xì)胞的個(gè)體因?yàn)槟軌蚍直媸澄锏念伾?，更具?jìng)爭(zhēng)力。久而久之，我們的祖先經(jīng)過自然篩選，大部分都具有了3種視錐細(xì)胞。而這種篩選并不絕對(duì)，因此，在現(xiàn)代人的群體中，還有相當(dāng)數(shù)量的人缺少三色視覺基因，表現(xiàn)為紅綠色盲。當(dāng)然，據(jù)說還有極少數(shù)人具有四色視覺。

看完上面的靈長(zhǎng)類與果樹的例子，你可能會(huì)問：具有紫外視覺對(duì)那些動(dòng)物有什么好處呢？這個(gè)答案還是和開花植物有關(guān)。

在我們?nèi)祟惪磥?lái)，五顏六色的花朵令人賞心悅目。對(duì)那些以花粉、花蜜為食的昆蟲來(lái)說，準(zhǔn)確找到食物的位置十分重要，在這個(gè)過程中，反射紫外光線的花瓣就扮演著機(jī)場(chǎng)跑道指示燈的角色。而對(duì)捕食昆蟲的鳥類而言，擁有紫外視覺，可以幫助它們發(fā)現(xiàn)獵物的蹤跡。

怎樣才能看到紫外光？

為什么我們?nèi)祟悰]有紫外視覺呢？

首先要指出的是，人眼想要增加紫外視覺，就要以犧牲視力為代價(jià)。在可見光光線進(jìn)入人眼的過程中，要經(jīng)過角膜、晶狀體、玻璃體這些透明的物質(zhì)，最后到達(dá)視網(wǎng)膜，被感光細(xì)胞接收。但對(duì)紫外線而言，這些物質(zhì)就不那么透明了，特別是玻璃體，由于它的厚度最大，對(duì)紫外線的吸收也最多，這會(huì)導(dǎo)致到達(dá)視網(wǎng)膜的紫外線太弱，不能引起視覺反應(yīng)。而一些研究表明，鳥類中具有紫外視覺的物種眼球都比較小，使紫外線在玻璃體內(nèi)的衰減減少，從而有效到達(dá)視網(wǎng)膜，產(chǎn)生視覺反應(yīng)。

如果將人眼中的玻璃體更換為對(duì)紫外線更透明的人造玻璃體，紫外線的確可以引起視覺反應(yīng)。事實(shí)上，這正是治療白內(nèi)障的一種手術(shù)手段。不過這并不會(huì)使人看到更豐富的顏色，因?yàn)橐曞F細(xì)胞并沒有改變。而且根據(jù)患者的描述，在紫外線較強(qiáng)的環(huán)境下，視覺非常模糊。由于紫外線的折射率比可見光小得多，人眼很難對(duì)其成像。同時(shí)，由于紫外線光子具有更大的能量，它對(duì)視網(wǎng)膜的破壞力也不容忽視，對(duì)平均壽命達(dá)數(shù)十歲的物種而言，過早失明可不是什么好事情。

不可描述的顏色

前面提到，我們看到的顏色其實(shí)并不能很好地描述光譜，反過來(lái)，我們生活中所能看到的顏色也絕不是光譜可以描述清楚的。

當(dāng)你走進(jìn)4S 店，或者在看某些手機(jī)的發(fā)布會(huì)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，世界上的顏色還真多呢。色覺是大腦對(duì)視覺信號(hào)綜合處理的結(jié)果，除了3種視錐細(xì)胞感受的光強(qiáng)以外，還包含對(duì)圖像整體處理的結(jié)果。

比如，銀色和灰白色的光譜成分差別不是很大，但是灰色物體對(duì)光的反射為漫反射，銀色物體對(duì)光的反射介于漫反射與鏡面反射之間，使物體具有金屬光澤。

說到光澤，不得不提到珍珠。珍珠的光澤與普通物體完全不同，而且有一些還泛著彩色的光澤。這種光澤是由衍射現(xiàn)象產(chǎn)生的，與珍珠表面的結(jié)構(gòu)密不可分。當(dāng)光線到達(dá)珍珠表面后，除了以反射角出射以外，由于珍珠表面結(jié)構(gòu)的衍射作用，光線還從其他角度出射，所以即便在單一光源下，珍珠也具有不止一個(gè)高光區(qū)域。這種衍射現(xiàn)象與五顏六色的CD 光盤的反光也很相似，但是由于珍珠的結(jié)構(gòu)不是特別規(guī)則，它的彩虹色光澤也就更柔和自然一些。

衍射現(xiàn)象在自然界十分常見，例如某些甲蟲的外殼、蝴蝶的翅膀、孔雀的尾羽等，要么呈現(xiàn)出華麗的閃光色，要么呈現(xiàn)出璀璨的彩虹色。而我們常用的記號(hào)筆可以畫出高亮度的熒光色，是紫外線轉(zhuǎn)化為可見光的結(jié)果。

我們眼中之所以有這么豐富的顏色，是千變?nèi)f化的光譜與多種多樣的物體質(zhì)地相互組合的結(jié)果。隨著科技的發(fā)展，光也許會(huì)以更奇妙的形式被人們操縱，到那時(shí)，也許會(huì)有新的顏色被定義。

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