哈喽小伙伴们 ，今天给大家科普一个小知识。在日常生活中我们或多或少的都会接触到五光十色的世界（五光十色的世界！） 方面的一些说法，有的小伙伴还不是很了解，今天就给大家详细的介绍一下关于五光十色的世界（五光十色的世界！） 的相关内容。

(相关资料图)

多彩世界(多彩世界！)

色彩是大自然对人类的微笑。

——诺贝尔物理学奖获得者弗兰克·维尔泽克

作者|林(上海大学教授)

01颜色和色觉

“红、橙、黄、绿、蓝、紫，谁在跳舞空？雨后夕阳西下，关山迸出苍白。”这是如来菩萨的一句话。夏日午后，雨转晴空空气中弥漫着雨滴的味道，夕阳下映出一道美丽的彩虹。

物理学理论:光是电磁波。每种颜色的光都有一定的波长。可见光从红色到紫色的波长为390-760 nm。当七种颜色的光组成的太阳光照射到悬浮在天空的雨滴空上时，入射，反射数次，然后折射离开雨滴。因为每种颜色的光对水的折射率不同，所以会发生色散，形成五颜六色的彩虹。当光线折射到观察者的眼中，人们就会看到彩虹。

请读者注意:观察者看到的红、橙、黄、绿、蓝、紫是一种主观体验，叫做色觉。和光学上讲的色光(一定频率的电磁波)不是一回事。颜色感知是人类的一种主观体验，所以五颜六色的世界在每个人的眼中和心中都有不同的感受。

02色觉的三个要素

为了准确描述人对颜色的感受，生理学-心理学提出了色相、饱和度、明度三要素的概念。色调就是颜色，如红、橙、红、绿、青、蓝、紫，这些来自太阳光的颜色称为光谱色，还有其他不在光谱中的颜色，如紫色、品红、苯胺紫、棕褐色、橄榄绿。

饱和度是颜色的深度。在红色中加入一些白色会使它变成低饱和度的粉红色。在物理学中，亮度是一个容易与光的强度混淆的概念。在物理学中，光的强度取决于单位时间内发出的光量子数量，视觉感知的颜色亮度与此大相径庭。

比如强度完全相同的黄光和蓝光，对人眼来说黄光更亮，蓝光就暗很多。原因很简单，因为人的视网膜对550 nm的黄绿色光最敏感，所以感觉最亮。这也是人类视觉进化万亿年的结果！因为在地球表面，这个区域波长的光强度是更高的。(过去使用的白炽灯也发出这方面的光。近年来，新兴的LED灯和其他光源通常发射波长为450 nm的蓝光。虽然它们节省了能量，但是对视网膜的伤害不可小觑。)人的眼球，前面的黄色晶状体，就是由此进化而来的，不仅是一个可以调节焦距的晶状体，还可以起到滤色器的作用。

图1:莫奈的《日本桥》

它为黄绿色光的通过打开了大门，一定程度上吸收和阻挡了蓝色和紫色光，完全阻隔了波长范围为400 nm的远紫色部分。年长的画家很少在画中使用蓝色或紫色。是因为随着年龄的增长，眼睛晶状体的黄色越深，一般的蓝色和紫色就看不见了。图1为大师莫奈82岁时所画的《日本桥》。他原本患有白内障，但也因晶状体黄色沉积而出现黄视力。他看到的一切都是黄色的，这在画中可以看出来。

他难过地说:“红色对我来说就像泥巴，橙色太爱说话，很多颜色都离我而去。”画中出现了一点紫蓝色。据记载，他是通过颜料铁管上的标签来识别它们的，因为莫奈此时还不能分辨颜色。当莫奈接受第二次白内障手术时，医生摘除了他的晶状体，所以他看到的东西又是紫色的，他必须得到一副黄色的滤色镜才能看清东西。后来，抽象画派称赞莫奈的晚期画作是“最柔和、最晦涩、最迷幻的美丽作品”。

近几十年来，科学研究发现，眼球的晶状体会变得浑浊发黄，这不仅是老年人的专利，在紫外线强烈的热带地区居民也是如此。其实这是一种镜片自我保护的手段，进而造成视力障碍，所以那里的土著看不到蓝色，甚至在他们的语言中没有“蓝色”这个词。

03两种视觉细胞

人视网膜中有两种视觉细胞:视锥细胞和视杆细胞。视锥细胞有600万个，主要集中在视网膜中央，有一个小而浅的隐窝，叫做中央凹，比针尖还小，眼睛所有细微的观察都靠它；视网膜周边分布着1.2亿个视杆细胞。

正是这两种神经器官协同工作，交替运动，使人既能看到五彩斑斓的美，又能感受到黑暗朦胧的夜。他们不仅可以专注于物体的细微结构，还可以一窥环境的大致轮廓。人眼在大脑反馈的指令下不断运动，使得视网膜上的图像不断变化，产生许多奇妙的神经感觉。

在极弱的光线下，如星光或昏暗的月光下，只有视杆细胞在工作，而灵敏度差的视锥细胞则完全不受 *** ；在弱光下(大约是人眼所能感知的更低亮度的1000倍)，视锥细胞开始工作，微弱的色觉是它们开始工作的标志；在中等亮度范围内，视杆细胞和视锥细胞同时起作用。随着亮度的增加，视锥细胞开始主导视觉，然后我们看到了一个五彩缤纷的世界。

有趣的是，在外界光线由强变弱或由弱变强的过程中，由于两种视觉细胞的共同作用，也会产生一种奇妙的视觉现象——浦肯野现象。

图2:两种视细胞(视杆细胞和视锥细胞)对不同波长电磁波的光感。

捷克生理学家肯·叶(1787-1869)在神经科学领域取得了许多成就。1825年，他观察到一个现象:在清晨的光线下，蓝色物体看起来比红色物体更亮，但随着晨光的到来，它们逐渐变暗。

造成这种现象的原因是两种视细胞对光谱的敏感度差异很大:视杆细胞在蓝绿 *** 域(近蓝色)的更大敏感度约为500nm；视锥细胞的更大灵敏度是560 nm处的黄绿色光(接近红色)(图2)。所以，当我们从成像不佳的弱光转为成像清晰的强光时，人眼的敏感度会向红色端移动，于是原本暗红的颜色就变得和蓝色一样明亮。

为了让读者感受到浦肯野现象的奇妙，作者选择了一幅蒙特里恩的红黄蓝绘画作品(图3)，想用画面上非常丰富而纯粹的蓝色和红色做一个实验。荷兰画家蒙特里恩是艺术史上著名的抽象画大师，“格子画”是他后来的特色，画中用黄、红、蓝分别画出各种形式的正方形。请在昏暗的环境下观看这幅画，然后在阳光下观看。这时候就可以观察浦肯野现象了。

图3:原本明亮的蓝色渐渐显得暗了，而红色的特别亮。

其实在观众眼里，在不同的外界光线作用下，画的颜色会发生变化，这种类似的效果就像烛光效果。在20世纪之前，许多画家用烛光来照亮他们的创作。烛光是橙色的光源。后来，当他们的作品在博物馆展出时，他们被白光照亮。所以观众在博物馆里看到的东西和原作相比，在色彩感上有很大的差异。毕加索的部分展览作品呈现蓝色(图4)，被艺术史学家称为其创作的“蓝色时期”。最近有文献说这可能是烛光效应在起作用。

图4:毕加索蓝色时期的作品

04视觉颜色通道

1964年，生理学家E . F MacNichol通过实验发现，承担颜色感知主要任务的视锥细胞有三类:之一类对波长为420 nm的蓝光最敏感(蓝色视锥细胞)；第二类对波长为534 nm的绿光最敏感(绿锥细胞)；第三种类型对波长为564 nm的红光最敏感(红锥细胞)，它们共同使人眼能够分辨100万种颜色。

视锥细胞向视神经发送的信息是一系列电脉冲，发送电脉冲的速率取决于光的强度和波长。视觉通路从视网膜开始，到达大脑初级皮质的V1区，然后将专门处理颜色和形状的信息导向颞叶。这种途径也被称为小细胞系统。它与专门处理空和运动等信息的大细胞系统既相对独立又相互协调，还经过初级皮质V1区，再通向大脑顶叶。

大脑接收到视觉信息后，必须对其进行分析，并与原始存储信息进行比较，才能得出结论。比如盆栽的红花绿叶，在昏暗的光照下，干细胞得到的是黑色的花和灰色的叶的信息，但大脑判断后还是确认是红花绿叶。有一个比喻，把决定空之间位置和运动的大细胞系统看作“视知觉家族”的男主人，把处理色彩的小细胞系统看作家族的妻子，起到增光添彩的作用，甚至非常生动。

小细胞系统是接收和传递颜色信息的主要通道，任何一个环节受损，患者的视力都会大大逊色。图5是作者参考视觉神经学家OliverSack通过测试做出的图像原理，重新找到梵高作品的一张图片。

图5(上):梵高的风景——正常人眼中的形象。

图5(中):红\绿盲患者看到的影像:梵高的风景画，其中绿草和红屋顶褪色。

图5(下):色盲患者眼中的梵高风景

上图是普通人的视觉形象；图为第二类\第三类视锥细胞缺陷患者看到的视觉图像；图中显示的红色\绿色与正常视觉差别较大；下图是一个人大脑处理颜色受损，完全失去光泽，变成灰色的视觉图像。

科学家说，色盲的原因(中图)是位于X染色体上的长-中波长视锥细胞的基因缺陷。因为女性有两条X染色体，而男性只有一条。所以，一个基因突变的女性仍然可以有正常的色觉，而男性就没那么幸运了，导致色觉异常。因此，大多数男性是色盲，而只有不到百分之一的女性是色盲。

事实上，第二类\第三类视锥细胞缺陷患者并不是真正的色盲，他们仍然可以像正常人一样分辨很多颜色，但他们会把几组正常人的不同颜色视为一样。之一类锥体细胞的自我保护能力远远好于上述两类。因为每个人都有它的基因拷贝，所以很少看到因为缺少短波长视锥细胞基因而导致黄绿蓝光没有区别的情况。大脑处理颜色的部分受损，视觉场景变成了真正的“黑白”电影。

有趣的是，一些著名的绘画大师也对红色和绿色视而不见，比如英国风景画家JohnConstable。当他看到粉红色、红色或橙色时，他无法感知红色部分，所以他只能看到剩下的绿色和蓝色。图6是他的代表作《魏文侯公园》，从中也可以看出一些端倪。

图6:约翰·康斯太勃尔，魏文侯公园

中国近代著名画家黄88岁高龄时，白内障病情急剧恶化，双目几近失明。显然，他的视网膜黄斑受损，他的色觉已经消失，但黄继续以新的风格绘画，但它们都是没有色彩的水墨画。

黄89岁的山水画

05色彩视觉与情感

因为人类拥有敏锐的色觉系统(三种视锥细胞和一种特殊的视觉颜色通道)，不同于大多数只有两种甚至一种视锥细胞，只能感受灰色和枯燥环境的哺乳动物。我很幸运能享受多彩的世界。

诺贝尔物理学奖获得者弗兰克·维尔泽克说:“颜色是大自然对人类的微笑。”艺术史学家贡布里希也说过，“没有一种视觉元素能像色彩一样给我们带来如此多的愉悦。”所以颜色和人的情绪的关系是相当密切的。很多人都有自己喜欢的颜色，并总是被它吸引:他们会穿这种颜色的衣服，甚至用这种颜色粉刷房间的墙壁。

研究证明，颜色可以影响人的心理和生理反应。研究美学的英国心理学家布洛认为，色彩最容易引起人们的两种心理活动:联想和移情，而这两种心理活动正是启动人们情感活动的金钥匙。当人们看到某种颜色时，往往会立即想到与之相关的事物，比如看到蓝色就会想到天空空和海洋，看到绿色就会想到植被。再者，联想可以把过去附加在某件事物上的情感转移到与之相关的色彩上。比如我们把绿色和生命、健康、环保、活力联系在一起，把它当成生命和自然的象征，这就是移情。

当然，这种感觉因人而异。但是，色彩丰富的作品容易引起观众的共鸣，这是不争的事实。因此，在20世纪初，当西方摆脱了现实主义传统的束缚后，以色彩为特征的现代画派脱颖而出。图7是出生于20世纪初的野兽派大师马蒂斯的《红桌》。他的作品色彩丰富，吸引观众的注意力。

图7:红色餐桌

图8:迈克尔·怀特的实验照片。右边的灰色似乎比左边的更亮。测量仪会告诉我们灰度是完全一样的。

色觉虽然是人对颜色的感觉，但它是一种主观体验，不仅取决于人的视觉系统、大脑的视觉皮层以及人的心理、生理等个人因素，还取决于所观察到的客观物体。