颜色真的存在吗

严浩

人眼中的世界是五颜六色的，正是这样的多彩和缤纷让我们感受到了生活的美好。当你拿起画笔尽情创作的时候，有没有想过， 这个世界为什么有这么多绚丽的色彩呢？光是我们能看到色彩的前提。那么，如果没有光，颜色还存在吗？

颜色是什么？

颜色是什么？它是真实存在的吗？其实，颜色是一种感觉，是光被眼睛接收后在大脑中产生的感觉。

你应该听说过，光是一种电磁波。能够让人类产生视觉反应的电磁波的波长在400～700纳米之间。我们之所以会产生千差万别的颜色感觉，是因为在这个区间，每一种波长的光所含的能量不同（也就是光谱成分不同）。人类对颜色的感知，是大脑将眼睛接收到的光线经过处理所产生的一种感觉，然后，我们将这种感觉定义成红、橙、黄、绿、灰、金等颜色。

说到接收光线，就不得不提到视网膜上的视锥细胞。人眼中一般有S、M、L共3种视锥细胞，它们分别负责感受可见光中的短、中、长波段的光。如果进入人眼的是波长较长的650纳米的光，那么大脑接收到的视觉信号就主要来自L型视锥细胞，人就会产生红色的色觉；对波长为590纳米的光来说，L、M 型视锥细胞都会产生信号，这就会使我们产生黄色的色觉；如果是波长为450纳米的光照到视网膜，则会激发S型视锥细胞，让人产生蓝色的视觉。值得注意的是，波长为400纳米的光在激发S 型视锥细胞的同时，还会捎带着激发L 型细胞，让我们产生紫色（紫罗兰色）的视觉。

世间的万紫千红——复合光

以上只是针对只含有一种光谱成分的单色光进行的讨论。如果光谱中存在一种以上的光谱成分，就被称作复合光。

每种光对3种视锥细胞的激发程度不同，就让我们产生了不同的色觉。

那么，是否只要将光谱成分重现，我们就能还原出相应的色彩呢？答案是肯定的，但并不可行。试想一下，以这种方式重现色彩，我们要在400～700纳米的光谱区间里，控制多少个变量？事实上，通常的彩色屏幕只有红、绿、蓝3种颜色的子像素（有些显示屏加入了黄色或白色）。

当红色与绿色同时开启且亮度相等时，我们就感觉到了黄色，这种黄色复合光给人的感觉与590纳米的单色光相差无几。红、绿、蓝这3种颜色两两开启，还能得到品红与青色；当3种颜色同时开启，我们就看到了白色；而当这3种颜色以不同的亮度组合起来，就会产生上百万种颜色。

如果你有些彩绘的经验，你可能会说，只要有红、黄、蓝3种颜料，就能调出所有颜色。事实差不多是这样的，不过要纠正的一点是，这3种颜料是品红、黄和青色，也就是上图中任意两个颜色叠加的颜色。和sRGB 一样，这种CMYK 色空间也不能表现所有颜色。

CMYK是彩色印刷时采用的一种套色模式，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，品红）、Y（yellow，黄）、K（black，黑，此处缩写使用字母k ，是因为在整体色彩学中已经将B 定义为RGB中的blue蓝色）4种颜色混合叠加，形成所谓“全彩印刷”。理想的C MYK的印刷效果应该完全等同于RGB三色光的呈现效果，但实际上一般彩色印刷/ 喷墨/ 激光所使用的C MYK色料均有不同程度的色偏现象，印刷实际形成的色彩空间远小于RGB。

RGB是工业界普遍采用的一种颜色标准，是通过对红（ R，red ）、绿（ G，green ）、蓝（ B，blue ） 三个颜色通道的变化和相互叠加来得到各式各样的颜色。这个标准几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色，是运用最廣的颜色系统之一。电子显示器大都采用RGB颜色标准。s RGB （ 即standard RGB ） 是由微软联合惠普、三菱、爱普生等厂商共同开发的一种通用色彩标准，受到绝大多数数码图像采集设备厂商的支持，对数码用户，以及色彩相关的行业用户有着“统一语言”的作用。

你看到的白是什么白？

下面要聊一聊白色了。

太阳是自然界最主要的白色光源，太阳光就是白色的，由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫7种颜色复合而成。那么，这些颜色的混合比例是怎样的呢？在太阳的光谱图中，展示了太阳从红外到紫外区域的所有光谱。图中的外包络线是太阳的发射光谱，当阳光经过大气层的吸收与散射后，我们在地面得到的就是图中内层的光谱，其中能量最高的地方正好在可见光波段的绿色区域附近。除了可见光以外，太阳光谱在近红外和紫外波段也有可观的能量。

我们身边有很多白色的物体，但如果把它们放在一起对比，肯定会发现“白”得各不相同，有的发蓝，有的泛黄。以照明设施来说，电灯泡就是那个泛黄的，而荧光灯显得更白一些。我们对白色还有另一种更具体的描述——色温，即高温下黑体辐射光的颜色，以开尔文（K）为单位。刚出炉的热钢铁是红色的，对应的色温比较低，可能在2000K（即1726.85℃）左右；而约3000K（即2726.85℃）的液态钢是略带点黄的白色，与灯泡的颜色差不多；至于科教片中巨大的淡蓝色恒星，它的表面温度在7000K（即6726.85℃）以上，比我们太阳的表面温度还要高。

通常情况下，3000～6000K的黑体辐射光，以及能够产生相同色觉的其他复合光都可以称为白光。其中，偏黄一些的色温较低，偏蓝一些的色温较高，恰好与我们对冷暖色的定义相反。

就上面提到的白色光源而言，灯泡是通过电流在灯丝上产生高温而发光的，它的色温与灯丝的温度是一样的。但荧光灯不同，它属于冷光源，发光过程是通过电子与汞原子的作用先产生紫外线，然后让紫外线照射到荧光物质上，发出红、绿、蓝3种颜色的荧光，从而使人产生白色色觉。很多LED 灯也是先产生紫外线，然后通过3种颜色的荧光物质产生白色。

虽然都是白光光源，但由于光源光谱成分的缺失，相比阳光，荧光灯和LED 灯照耀的物体颜色会显得不自然。假设某个鲜艳的黄色物体只反射590纳米附近的黄色光，那么在荧光灯下，由于照明光中590纳米的光谱成分很少，这个物体的颜色就会显得黯淡。所以说，在荧光灯下拍照，或是自拍时使用手机屏幕补光，都不是什么好主意。

你说的黑是什么黑？

我们看到的白不一定是同一种白，那么，我们眼前的黑，是否真的就是漆黑一片呢？

你一定见过红外监控摄像机，它是很多场所的重要安保设备。这种摄像机即使在黑暗中，也能够发射红外线照明，然后通过拍摄红外线进行录像，只是我们的肉眼很难看到红外线。

同样的，由于人眼对紫外线也不敏感，所以如果光谱中只有紫外线，我们肉眼看到的还是漆黑一片。但是，紫外线有一点与红外线不同，它与物体作用时很容易转化成可见光。紫外线的光子具有很高的能量，当它被物质吸收时，能够通过荧光过程产生能量较低的可见光光子，从而被人眼接收到。举个例子，紫外验钞机的光看起来很暗，因为其光谱成分主要是我们看不到的紫外线加上少量的蓝紫光。当这些紫外线在钞票的防伪区通过荧光转化成可见光时，我们就会觉得这个区域特别亮。

另外，不同的动物对光波的感受范围也不一样。一些动物，例如鸟类，就有红外或紫外视觉，它们眼中的世界和我们的有很大不同。

动物的色彩世界

你是否有过这样的好奇：人类为什么拥有这样的视觉？

在人类的可见光波段，太阳光的强度最强，因此，在这个波段产生视觉是最有效的。而色觉依赖于我们大脑中的视锥细胞的种类。

很多种类的动物都拥有4种视錐细胞，具有四色视觉，相比只拥有3种视锥细胞的人类，它们可以感受到更丰富的色彩。这些动物包括绝大多数爬行类、鸟类和昆虫。而在演化的道路上，绝大多数哺乳类动物则失去了部分种类的视锥细胞和一些分辨颜色的能力。除灵长类以外，大多数陆地哺乳类动物只有两种视锥细胞，而多数海洋哺乳类动物甚至不能区分颜色。

那么，人类为什么会有3种视锥细胞呢？这与开花植物有着不可分割的联系。

在动物世界中，你可能会看到，猩猩在森林里游荡，以水果为食，饱餐之后，将果核随手扔了出去。植物充分利用了这种习性，将自己的种子传播到更远的地方，避免了同类竞争。但是，如果还未成熟的果实被摘走，这对植物来说可就不值当了。所以，植物通过两种方式引导动物去采摘成熟的果实。

第一种方式是果实颜色的转变。多数果实在成熟之前是绿色的，而成熟之后会变成黄色或红色，这在绿叶丛中非常鲜艳，仿佛是在推广自己一样。第二种方式是果实口味的转变。果子在成熟之前非常酸涩，而成熟之后在激素的作用下，迅速转化成甜味，通过这种方式，植物成功地告诉取食者，一定要分清果实是否成熟。在这样的自然选择下，少数具有3种视锥细胞的个体因为能够分辨食物的颜色，更具竞争力。久而久之，我们的祖先经过自然筛选，大部分都具有了3种视锥细胞。而这种筛选并不绝对，因此，在现代人的群体中，还有相当数量的人缺少三色视觉基因，表现为红绿色盲。当然，据说还有极少数人具有四色视觉。

看完上面的灵长类与果树的例子，你可能会问：具有紫外视觉对那些动物有什么好处呢？这个答案还是和开花植物有关。

在我们人类看来，五颜六色的花朵令人赏心悦目。对那些以花粉、花蜜为食的昆虫来说，准确找到食物的位置十分重要，在这个过程中，反射紫外光线的花瓣就扮演着机场跑道指示灯的角色。而对捕食昆虫的鸟类而言，拥有紫外视觉，可以帮助它们发现猎物的踪迹。

怎样才能看到紫外光？

为什么我们人类没有紫外视觉呢？

首先要指出的是，人眼想要增加紫外视觉，就要以牺牲视力为代价。在可见光光线进入人眼的过程中，要经过角膜、晶状体、玻璃体这些透明的物质，最后到达视网膜，被感光细胞接收。但对紫外线而言，这些物质就不那么透明了，特别是玻璃体，由于它的厚度最大，对紫外线的吸收也最多，这会导致到达视网膜的紫外线太弱，不能引起视觉反应。而一些研究表明，鸟类中具有紫外视觉的物种眼球都比较小，使紫外线在玻璃体内的衰减减少，从而有效到达视网膜，产生视觉反应。

如果将人眼中的玻璃体更换为对紫外线更透明的人造玻璃体，紫外线的确可以引起视觉反应。事实上，这正是治疗白内障的一种手术手段。不过这并不会使人看到更丰富的颜色，因为视锥细胞并没有改变。而且根据患者的描述，在紫外线较强的环境下，视觉非常模糊。由于紫外线的折射率比可见光小得多，人眼很难对其成像。同时，由于紫外线光子具有更大的能量，它对视网膜的破坏力也不容忽视，对平均寿命达数十岁的物种而言，过早失明可不是什么好事情。

不可描述的颜色

前面提到，我们看到的颜色其实并不能很好地描述光谱，反过来，我们生活中所能看到的颜色也绝不是光谱可以描述清楚的。

当你走进4S 店，或者在看某些手机的发布会时会发现，世界上的颜色还真多呢。色觉是大脑对视觉信号综合处理的结果，除了3种视锥细胞感受的光强以外，还包含对图像整体处理的结果。

比如，银色和灰白色的光谱成分差别不是很大，但是灰色物体对光的反射为漫反射，银色物体对光的反射介于漫反射与镜面反射之间，使物体具有金属光泽。

说到光泽，不得不提到珍珠。珍珠的光泽与普通物体完全不同，而且有一些还泛着彩色的光泽。这种光泽是由衍射现象产生的，与珍珠表面的结构密不可分。当光线到达珍珠表面后，除了以反射角出射以外，由于珍珠表面结构的衍射作用，光线还从其他角度出射，所以即便在单一光源下，珍珠也具有不止一个高光区域。这种衍射现象与五颜六色的CD 光盘的反光也很相似，但是由于珍珠的结构不是特别规则，它的彩虹色光泽也就更柔和自然一些。

衍射现象在自然界十分常见，例如某些甲虫的外壳、蝴蝶的翅膀、孔雀的尾羽等，要么呈现出华丽的闪光色，要么呈现出璀璨的彩虹色。而我们常用的记号笔可以画出高亮度的荧光色，是紫外线转化为可见光的结果。

我们眼中之所以有这么丰富的颜色，是千变万化的光谱与多种多样的物体质地相互组合的结果。随着科技的发展，光也许会以更奇妙的形式被人们操纵，到那时，也许会有新的颜色被定义。

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