眼见 一定 为实 吗 ？我们 是 如何 看到 颜色 的？ (1)

各位 同學 大家 好 我 是 李永樂 老師

最近 有個 小朋友 跟 我 說 他 正在 學畫 畫

老師 正在 教 他們 調配 顏色

他 想問 我

為什 麽 不同 的 顏料 會 有 不同 的 顏色 呢

你 眼中 的 紅色 和 我 眼中 的 紅色

是不是 一模一樣 的 呢

這個 問題 看似 簡單

但是 實際上 蘊含 了 很 深刻 的 科學 道理

顏色 的 形成 有 四個 要素

分別 是 物體 光線 眼睛 和 大腦

這 幾個 因素 糾纏 到 一塊兒

既有 物理學 的 原因 也 有 生物學 的 原因

直到 最近 幾十年

這裏 面 的 一些 問題 才 有 了 公認 的 結論

那 今天 就 帶領 大家 來 了解 一下 顏色 科學

我們 首先 來 討論一下

我們 的 大腦 是 如何 看到 不同 的 顏色 的

看到 顏色

我們 知道 光是 一種 電磁波

但是 光在 整個 電磁波 譜 內 只 占有 很小 的 一份

紅外線 紫外線 以及 大量 的 電磁波

人 的 眼睛 其實 都 是 沒有 辦法 看到 的

那 麽 最早 把 白光 進行 分解 的 人 是 牛頓

在 1666 年 的 時候 英國 鬧 瘟疫 牛頓 22 歲

他 在 鄉下 用 一個 三棱鏡 進行 了 光 的 色散 實驗

也 就是 把 白光 分成 了 各種各樣 的 單色光

而且 最 開始 牛頓 認為 光 可以 分成 十一種 顏色

後來 他 覺得 應該 和 這個 音節 七個 音節 匹配 上

於是 就 改成 了 七種 顏色

就是 我們 現在 所說 的 紅橙 黃綠 藍靛 紫

而且 牛頓 敏銳 的 認識 到 顏色 是 一種 主觀 感受

在 1704 年 的 時候

牛頓 寫成 了 著作 《 光學 》

那 麽 在 這本 書中

牛頓 就 提出 了 人類 是 如何 看到 光 的

他 說 這個 光線 射到 人 的 眼睛 裏面 之後

引起 了 人 的 眼睛 中 的 某種 機械振動

而 這種 機械振動 通過 我們 現在 所說 的 神經

傳遞 ... 到 大腦 之中

於是 人 就 看到 了 這個 顏色

雖然 牛頓 認為 這種 刺激 形成 的 是 機械振動

而 不是 電信號 或者 化學 信號

但是 這個 觀點 在 當時 已經 非常 先進 了

已經 具有 了 神經 生物學 的 萌芽

那 麽 具體來講 人 是 怎 麽 看到 顏色 的 呢

針對 這個 問題 人們 很快 發現 了 一個 現象

提出 了 三色 學說

什 麽 現象 呢

就是 人們 發現 用紅 綠 藍 三種 顏色

好像 可以 配出 大部分 的 顏色 來

比如說 用 紅光 加上 綠光 看起來 就是 黃色 的 對 吧

紅光 綠光 和 藍光 配合起來 看起來 就是 白色 的

人們 發現 大部分 的 顏色

都 可以 用 三種 色光 調配 出來

於是 就 有人 提出 了 三色 學說 提出 者 是 誰 呢

就是 我們 熟知 的 物理學家 和 醫生 托馬斯 · 楊

大家 還 記得 托馬斯 · 楊 嗎

他 做 了 最美 的 物理 實驗

托馬斯 · 楊雙縫 幹涉 實驗 是 吧

還 掌握 了 好 幾百種 外語 著名 的 語言學家

還是 破譯 埃及 象形文字 的 人 之一

還 發現 了 血液循環

反正 是 一個 天才

他 就 提出 了 三色 學說

他 說 人 的 眼睛 裏邊 有 三種 顆粒

這 三種 顆粒 分別 能 對 紅綠藍 三種 色光 起 反應

於是 這 三種 顆粒 相互配合

人 的 大腦 就 可以 形成 很多很多 種顏色 的 感受 了

跟 他持 類似 觀點 的 人

是 一個 德國 的 物理學家 和 醫生

名字 叫亥姆 霍茲

學過 物理 的 小夥伴 應該 是 聽過 這個 人 的

因為 他 是 能量守恒 的 發現者 之一 是 吧

他 發展 了 類似 於 托馬斯 · 楊 的 觀點

他 說 人 的 眼睛 裏邊 有 三種 細胞

這 三種 細胞 可以 感受 不同 的 色光 是 吧

比如說 這個 是紅 橙 綠 然後 藍

然後 紫 是 吧

這 三種 細胞

第一種 細胞 對於 這個 紅橙 光 比較 敏感

它 的 這個 反應 曲線 是 這樣 的

這是 第一種 細胞

第二種 細胞 對 這個 綠光 比較 敏感

最 敏感 的 地方 是 在 綠光 這個 部位

第三種 細胞 對 這個 藍 紫光 比較 敏感

他 畫出 了 這 麽 一個 曲線

定量 描述 了 不同 的 細胞

對 這 三種 顏色 的 感受 程度 是 吧

那 麽 他們 的 這種 觀點

後來 被 這個 神經 生物學 所 證實

現代醫學 已經 發現 了 人 的 眼睛 中 的 這種 細胞

現在 醫學 發現 人 的 眼睛 裏邊 有 兩種 感光 細胞

第一種 感光 細胞 叫做 視桿 細胞

這個 視桿 細胞 長 的 是 桿狀 的

視桿 細胞 有 多少 個 呢

大概 有 一 億個 左右

這些 感光 細胞 遇到 了 這個 光 之後

裏邊 的 蛋白質 就 會 發生 一些 變化

於是 這種 神經 沖 動 就 會 傳到 大腦 裏邊 去

但是 視桿 細胞 它 只能 分辨 有光 沒 光

它 是 不能 分辨 顏色 的

還有 一種 就 叫 視錐 細胞 長 的 是 圓錐形 狀 的

那 麽 這個 視椎 細胞 它 是 有 三種

分別 最 容易 對 紅光 綠光 和 藍光 產生 反應

那 麽 這個 視椎 細胞 大概 有 六七百 萬個

這是 視椎 細胞

視椎 細胞 是 可以 分辨 顏色 的

到 了 1964 年

約翰霍普金斯 大學 的 科學家 們

用 實驗 的 方法 測量 了 這 三種 細胞

對於 不同 色光 的 這個 敏感 程度

結果 就 發現 了

第一種 細胞

它 對於 波長 在 560 納米 左右 的 紅光

是 最 敏感 的

第二種 它 對於 波長 在 530 納米 左右 的 光

偏綠 的 這個 顏色 的 光是 最 敏感 的

第三種 對 波長 是 440 納米 左右 的 光

偏藍 的 這個 光是 最 敏感 的

至此 三 色 學說 就 被 人們 所 接受 了

比如說 紅色 的 波長 較長 的 光

它 就 會 引起 第一種 感光 細胞 的 反應

所以 人 的 大腦 就 會 形成 一種 感覺

這是 紅色 對 吧

那 麽 如果 有 一種 黃色 呢

黃色 的 光會 同時 引起

第一種 和 第二種 感光 細胞 的 反應

所以 大腦 就會腦 補出 一種 顏色

這 就是 黃色 的 對 不 對

而且 大腦 不光 能夠 看到

在 自然界 陽光 中 已經 有 的 顏色

還 能夠 看到 陽光 中 根本 不 存在 的 顏色

比如說 有 一種 顏色 叫做 紫紅色 或者說 品紅色

這種 顏色 實際上 就是

青紅 的 感光 細胞 和 青藍 的 感光 細胞

同時 受到 刺激 反應 而 形成 的

是 一種 腦補出 的 顏色

而 這種 顏色 在 自然界 中並 不 存在

大家 註 意 紫紅 （ 品紅 ） 色 和 紫色 並不 一樣

紫色 是 自然光 中 存在 的

它 的 顏色 有點 偏藍 發黑 的 這種 顏色

它 跟 紫紅 是 不 一樣 的

紫紅 在 陽光 中並 不 存在

不過 三 色 學說 也 並非 是 完美無缺 的

它 最大 的 問題 是 沒有 辦法 解釋 色盲 現象

我們 知道 這個 男性 有 很多 是 色盲

男性 有 8% 都 是 紅綠色盲

那 麽 他 如果 是 紅綠色盲

就 沒有 辦法 分辨 紅色 或者 綠色

那 這是 為 什 麽 呢

有人 說 分辨 不了 紅色 和 綠色

就是 紅色 和 綠色 的 這個 圓錐 細胞 壞掉 了

但 如果 是 這樣的話

他 就 不 應該 能 分辨 出 黃色

因為 黃色 就是 紅色 和 綠色

同時 受到 刺激 而 產生 的

但 事實上 色盲 卻 可以 看到 黃色

所以 這件 事情 難以 理解

於是 人們 又 提出 了 新 的 觀點

叫做 四色 對抗 學說

四色 對抗 學說 和 三色 學說

在 近 百年 的 時間 裏面 一直 在 爭論 誰 對 誰錯

後來 人們 又 提出 了 一種 叫做 階段 理論

把 這個 三 色 學說 和 四色 學說 統一 起來 了

那 麽 關於 這 兩種 說法

咱們 就 不再 給 大家 展開 了

剛才 我們 花 了 一些 時間 來給 大家 介紹

說 這個 顏色 實際上 是 一種 主觀 感受

是 眼睛 接收 到 信號 傳到 大腦 中 之後 所 形成 的

所以 有什 麽 結論 呢

所以 我們 要 知道 叫做 眼見 不 一定 為實

我們 常說 眼見 為實

但是 這是 不 一定 的

因為 萬物 本 無色

實際上 顏色 是 一種 心理 感受

比如說 我們 是 有 三種 感光 細胞 的

我們 叫做 三 色覺 生物 對 吧

但是 並 不是 所有 的 生物 都 是 三 色覺 的

比如說 鳥 鳥 它 就是 四 色覺 生物

什 麽 叫 四 色覺 生物 呢

就是說 它 的 這個 眼睛 裏邊

它 的 感光 細胞 比 我們 多 一種

還有 一種 可以 分辨 出 紫外線 的 感光 細胞 是 吧

這就 很 厲害 了

因為 它 多出 一種 感光 細胞 能夠 看到 紫外線

所以 它 能夠 看到 顏色 比 我們 多出 好 幾萬種 來

它 看到 的 這個 世界 比 我們 看到 的 絢麗 得 多

我們 有 的 時候 看到 一個 鳥 是 黑 的

但是 在 鳥 的 眼中 這個 鳥 可不是 黑 的

這個 鳥 的 羽毛 是 花花綠綠 的 是 吧

我們 分辨 不 出來 鳥 的 公母

鳥 一下 就 能 分辨 出來

為什 麽 因為 它 顏色 不 一樣

傳說 還有 少量 的 人 因為 基因突變

所以 他們 的 眼睛 也 能 看到 四種 顏色 是 吧

那 這樣的話

就 比 我們 看到 的 世界 要 豐富多彩 很多

顏色 還有 什 麽 特征 呢

比如說 顏色 具有 恒常 性

什 麽 叫 恒常 性 呢

就是 我們 的 大腦 會 反過來 影響 我們 的 眼睛

我們 大腦 會 知道

說花 是 紅的 草是 綠 的

不管 是 在 白天 還是 晚上 看

花 永遠都是 紅的 草 永遠都是 綠 的

你 比如說 說 這個 晚上 的 雪 其實 是 很暗 的

而 白天 的 這個 煤 其實 是 很亮 的

但是 我們 腦子 中 卻 永遠 認為 煤塊 是 黑 的

不管 它 多亮 都 是 黑 的

雪 是 白 的 不管 它 多暗 都 是 白 的

這是 我們 大腦 在 長期 的 生活 中

記憶 下來 的 一個 結果

雖然 說 它 沒有 辦法 反映 出 物體 的 顏色

但是 卻 有利於 我們 的 生活

舉 個例 子 來講

大家 看 這幅 圖 這個 草莓 是 什 麽 顏色 的

草莓 是 什 麽 顏色 的

可能 大部分 同學 都 會 說 是 紅色 的 對 吧

但是 如果 你 把 這張 圖 放在 電腦 上

用 這種 吸管 把 它 的 顏色 吸出來 的話

你 會 發現 這個 草莓 它 是 灰色 的

我 知道 有 很多 同學 不 相信

那 咱們 就 用 這個 同樣 顏色 的 布

一塊 一塊 地蓋 草莓 給你看

你 看 我 用 一塊 布 把 它 蓋住 了

這個 布什 麽 顏色

看起來 也 是 紅色 的 是 吧

好 繼續

我們 再 去 蓋 我們 再 去 蓋

好 我們 繼續 蓋

我們 再蓋 我們 再蓋 我們 再蓋

大家 看 這個 布是 什 麽 顏色 的

是 灰色 的 對 嗎

所以 草莓 也 是 灰 的

有 同學 不 信 非說 我 換圖 了

其實 我 沒換 咱們 再 倒 過去

我少蓋 一點 還是 灰 的 對 吧

我 再 少蓋 一點 還是 灰 的 對 嗎

我 再 少蓋 一點 是不是

好像 紅了

再少蓋 更紅 了 再少蓋

你 發現 了 嗎 好像 草莓 是紅 的

但 事實上 這個 不管 是 草莓 還是 布

它 其實 都 是 灰 的

只不過 我們 的 眼睛 和 大腦 形成 的 顏色 的 恒常 性

所以 我們 就 認為 只要 是 草莓 肯定 是紅 的

但 實際上 它 是 灰色 的

其實 顏色 還有 負後性

什 麽 叫 負後性 呢

我 首先 要 解釋一下 互補色 的 概念

我們 知道 紅 橙 黃 綠 藍 靛 紫

七種 顏色混合 到 一塊

就是 白色 對 吧

或者 你 把 紅對 藍 混合 到 一塊 它 也 是 白色

但 實際上 兩種 顏色 也 能 混出 白色 來

比如說 紅色 和 青色 混合 到 一塊

它 就是 白色

再 比如說 藍色 和 黃色 混合 到 一塊 也 是 白色

這樣 我 把 每 一個 地方 它 的 這個 顏色

都給 你畫 在 一張 盤子 上

相隔 180 度 的 兩種 顏色混合 起來 就是 白色

這樣 的 兩種 顏色 我們 就 稱 之 為 什 麽 啊

稱之為 互補色

那 麽 整個 這個 盤子 就是 互補色 的 盤子

那 麽 所謂 的 負後性 是 什 麽 意思 呢

就是 如果 你 看 的 藍色 的 東西 多 了 的話

你 的 眼睛 對 藍色 就 會 不 敏感