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知道你的大腦有多強嗎?它讓你看見了一種你根本不該看見的顏色

2021-09-25由 科學矩陣 發表于 歷史

知道你的大腦有多強嗎?它讓你看見了一種你根本不該看見的顏色

撰文 | 矩陣菌 ◈ 配圖 | 柯雪妹

你知道世界上一共有幾種顏色嗎?

A:7種

B:256種

C:1670萬種

D:無數種

其實A、B、C、D四個答案都不算錯。

不過對於我們今天的話題而言,

正確答案是E:只有兩種,一種是看得見的,一種是看不見的。

看得見or看不見取決於什麼呢?

答案並不難想到——取決於有沒有光。因為物體的顏色就是它所反射出來的光線的顏色,只有物體反射出的光線進入了我們的眼睛,我們才能看見它的顏色。

不過,說得更準確一些,應該是

取決於物體反射出的電磁波的波長

由於

“光”本質上就是電磁波當中的一部分,確切來說就是人眼能夠感知到的那一部分電磁波,

它們的波長約在380奈米-780奈米之間,因此,在電磁波譜上,波長為380奈米-780奈米的這一小段就被劃分成了“

可見光譜

(The visible spectrum)”;波長為380奈米-780奈米的電磁波則被稱為

可見光

超過可見光譜範圍的電磁波,人眼就無法感知到了。假如某個物體只能反射出波長小於380奈米的電磁波(譬如紫外線),或者波長大於780奈米的電磁波(譬如紅外線),於人類而言,它就是一坨黑不溜秋的玩意兒。

知道你的大腦有多強嗎?它讓你看見了一種你根本不該看見的顏色

我指的人後面的背景。

“黑不溜秋”雖然也算是一種顏色,但嚴格來說黑色的物體其實就是人眼辨不出顏色的物體。比如那些只能感受到明度,完全看不見顏色的全色盲,瞅啥都是黑不溜秋的。

從這個意義上來講,有一種隨處可見的顏色你根本就不應該看見,因為它並不存在於可見光譜的範圍之內,甚至於根本就不存在於電磁波譜之中

——世間沒有任何波長的光線能與之對應,照理來說它完全就不該存在於這個世界上。

然而奇怪的是,我們非但能看見這個顏色,而且它的鮮豔程度還不輸任何色彩,那便是我們再熟悉不過的,尤其是女神們倍加鍾愛的顏色——粉色。

其實說粉色是不夠嚴謹的,因為它與真正的粉色還是有著一定的區別,今天咱們就來撩一撩這個超脫三界之外,不在五行之中的“絕色”!

品紅色 | Fuchsine

知道你的大腦有多強嗎?它讓你看見了一種你根本不該看見的顏色

相信我,那兩顆球絕對不是粉色

無論在大自然裡,還是人造產物中,品紅簡直是屢見不鮮的顏色了,也有人把它稱為“洋紅色”。

昨天,咱們的御用美工柯雪妹就拎了一個這種顏色的包包來上班。

我問她:你怎麼買了個沒顏色的包?

她說:你瞎啊!

所以為了證明我沒瞎,就有了這篇文章。

但品紅也好,洋紅也罷,總而言之這個顏色就實實在在地擺在我們眼前,憑什麼說它是不存在的呢?

這事兒咱得從戰國時期開始扒起。

大約在公元前223年,秦始皇都還沒來得及登基的時候,有一位“樣貌平平”的少年,名叫項少龍。

有一天,他從褲兜裡掏出一條三稜鏡,在善柔妹子的手心裡“憑空”變出了一條彩虹,於是便俘獲了她的心。

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由此可見,三稜鏡絕對是你值得擁有的脫單神器。

沒錯,明人不說暗話,我就是來賣三稜鏡的,不然扯項少龍出來幹什麼?

眾所周知,“

三稜鏡憑空變彩虹

”的經典戲法與項少龍並沒有什麼關係,而是上帝派往人間的光明使者——偉大的人民藝術家……不,偉大的科學泰斗

艾薩克·牛頓

爵士做的光學實驗。

這項實驗做起來並不複雜,只要願意,人人都可以在陽光下重複、重複、再重複地做上千八百遍。那麼,三稜鏡究竟是如何“變出”彩虹的呢?

首先,我們來看看電磁波譜。

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從上圖中我們可以看出,在整段電磁波譜當中,絕大部分割槽域都是沒有色彩的,只有可見光譜這一小段被填充成了由紅至紫的漸變色。如果仔細辨認,便會發現這些色彩

由右至左的排列順序

正是我們耳熟於心的“

紅、橙、黃、綠、青、藍、紫

”。

機智如我的你一定想到了,

這不正是彩虹的顏色嗎?

沒錯,所以我們雨後見到的彩虹,實際上就是一個模糊的可見光譜。

光線在經過不同密度的介質時會產生折射,折射的角度(折射率)由它們的波長決定——波長越短,折射的角度就越大。

陽光是由多種不同波長的光線組合而成的,在穿過三稜鏡或溼度很高的空氣時,不同波長的光產生了不同角度的折射,於是便沿著不同的路徑分道揚鑣了。而不同的波長的光線會呈現出不同的顏色,彩虹就醬紫形成了。

換言之,彩虹就是多種波長的電磁波在特殊的大氣條件下被分割開而形成的,這種現象在物理學中被稱為“

色散

(dispersion)”,陽光因色散而呈現出來的圖案就是可見光譜。

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所謂“色散”就是,大路朝天,各走一邊。

當然,由於大氣無法提供最好的折射條件,彩虹充其量只能算是拼多多版的可見光譜,

只有在絕佳的條件下將一縷線狀的陽光引入一個黑暗的房間裡,再利用三稜鏡進行分割,才能得到清晰而完整的原裝正版可見光譜

——你可以清楚地分辨出紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色。

值得一提的是,

“紅、橙、黃、綠、青、藍、紫”是色彩學中慣用的分色方式,從物理學的角度來說,可見光譜的分色順序應當是“紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫”。

這七種顏色分別對應著不同波長的電磁波,它們各自的值大約如下:

紅:780~620奈米

橙:620~590奈米

黃:590~570奈米

綠:570~500奈米

藍:500~450奈米

靛:450~420奈米

紫:420~370奈米

注意:由於色與色之間的銜接比較模糊,沒有明確界限,因此不同文章給出的數值通常會有差異。

這七組對應的關係是固定不變的,如果某個物體只能反射出780~620奈米的電磁波,那麼它在我們的眼中就必定是紅色的。對照上面的數值,我們可以由此及彼地想到,

假如有一頂帽子,只能反射出570~500奈米的電磁波,那麼它就是……

知道你的大腦有多強嗎?它讓你看見了一種你根本不該看見的顏色

沒錯,它就是一頂原諒色的帽子!

這七種顏色的光有兩個非常有意思的特點:

一是這些光線無法被再次分割,無論讓分割出來的任意光線再獨自穿過多少次三稜鏡,它都不會再發生任何改變。正因如此,只要集齊這七種顏色的光就能召喚出牛頓,給你佈置五百份家庭作業……

才怪。

正因為它們無法被再次分割,所以被稱為“單色光”;與其相反的就叫做“複色光”。

But,這並不意味著你見到一束黃色光或一束紫色光,它就一定是單色光——這便是它們的第二個特點:

在可見光譜的七大光色中,只有“紅、綠、藍”這三種光無法透過其他顏色的光線合成,其餘四種光色是可以透過其他顏色的光線合成出來的。

也就是說,你如果見到一束純黃色的光,它有可能是590~570奈米的單色黃光,也有可能是紅光和綠光合成出來的“贗品黃光”——這種複色的黃光在穿過三稜鏡後立刻就會現出原形,被分散成紅光和綠光。

但你如果見到一束純紅色的光,它就必定是780~620奈米的單色紅光,哪怕用一萬三千五百個三稜鏡也無法將它分割成其他顏色(綠色光與藍色光亦不例外)。

不僅如此,

只要將紅、綠、藍三種顏色的光按照不同的比例混合,就能得到可見光譜中的任意一種顏色。

所以紅光、綠光、藍光被定義為了光的

三基色(RGB)

,或者說

三原色

。我們的手機螢幕、電腦螢幕、電視螢幕,統統都是由RGB這三種原色光混合出各種色彩的。

在《道德經》中,老子講過“三生萬物”,看來果不其然……

知道你的大腦有多強嗎?它讓你看見了一種你根本不該看見的顏色

現在,你應該知道為什麼世界上不存在品紅色了。

才怪。

明白了可見光譜的由來,以及七色光的特點,但你還不知道它們為什麼會有這兩大特點,所以品紅色對你而言仍然是一個未解之謎。

自然光既然能被分離成七種單色光,為什麼只有三種顏色的光無法被合成呢?

為什麼只需要三種顏色的光就能混合出所有顏色,搞得其他四種顏色的單色光完全沒有了存在感呢?

只要弄清楚了這兩個問題,你就知道為什麼品紅色不存在了。

現在,是時候撩一撩那層柔軟而透明的膜了!

視網膜是所有人都知道的人體重要器官,它位於眼球最後方,是用於感受光線刺激的核心元件。

在我們的視網膜中,有兩種對可見光極其敏感的細胞

,它們的功能有所不同,長相亦是大相徑庭。

科學家在給這兩種細胞命名時,完全遵循了所見即所得的原則——啥形狀就叫啥名,因此

桿狀的就叫“視杆細胞”;錐形的就叫“視錐細胞”

知道你的大腦有多強嗎?它讓你看見了一種你根本不該看見的顏色

圖中綠色為視杆細胞,藍色為視錐細胞

這樣命名的好處是我們不必因為分不清“奔波兒灞”與“灞波兒奔”而頭疼了。

視杆細胞與我們的話題關係不大,它的主要作用是感受弱光刺激,使我們能在非常微弱的光照下看見物體。但它沒有分辨顏色的功能,所以在光線很暗的時候,我們只能依稀看見黑白色的物象。

知道你的大腦有多強嗎?它讓你看見了一種你根本不該看見的顏色

emmm……值夜班的嘛,幹工作一般都差強人意。

相較而言,負責感受強光刺激的視錐細胞對待工作就非常認真負責了,正是由於它們的存在,我們才能生活在五彩斑斕的世界中。當然,前提條件是光照必須十分充足,因為

低強度的光線是無法啟用視錐細胞的

我們的視網膜中大約存在600萬—800萬個視錐細胞,它們一共有三種類型

,不同型別的視錐細胞會對不同波段的光線產生“反應”,再以“

神經衝動

(Nerve Impulse)”的方式,透過神經纖維將訊號傳遞給大腦,然後大腦就會將其處理為相應的顏色。

譬如當780~620奈米的電磁波(紅色光)單獨進入我們的眼球時,對紅色光線敏感的視錐細胞就會受到刺激而產生化學反應,並將訊號傳遞給大腦,另外兩種視錐細胞則沒有任何反應。大腦接受到訊號後,發現只有負責紅光的視錐細胞被激活了,就會作出相應的判斷使我們看見紅色。

知道你的大腦有多強嗎?它讓你看見了一種你根本不該看見的顏色

同樣的道理,當570~500奈米的電磁波(綠色光)進入眼球時,只有對綠光敏感的視錐細胞會被啟用,大腦就會讓我們看見綠色;當500~450奈米的電磁波(藍色光)進入眼球時,只有對藍光敏感的視錐細胞會被啟用,大腦就會讓我們看見藍色。

那麼,如果有兩種視錐細胞同時被啟用,我們會看見什麼顏色呢?

這也是有規律可循的——

當兩種視錐細胞被同時啟用時,我們見到的顏色就是它兩各自所負責的原色之間的顏色。

對比可見光譜就能看出,

位於紅色和綠色之間的是黃色;位於綠色和藍色之間的是青色。

因此,

假設負責紅色和綠色的視錐細胞被同時啟用,我們就會看見黃色;負責綠色和藍色的視錐細胞被同時啟用,我們就會看見青色。

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當然,在大自然的光線中,兩種或多種波長的光子數量不一定完全均等。譬如一束由紅光和綠光組成的光線,它可能含有30%的紅光和70%的綠光,於是我們看見的就是介於紅色和綠色之間,但更靠近綠色一側的顏色了。

現在,我想問你一個問題:假如有一束由紅光和藍光組成的光線射入我們的眼球,我們會看見什麼顏色呢?

按照上面的規律,當負責紅色和負責藍色的這兩種視錐細胞被同時啟用時,我們看見的顏色當然就應該介於紅色和藍色之間。

拿出可見光譜來比對,我們會發現紅色和藍色之間的顏色是綠色。

知道你的大腦有多強嗎?它讓你看見了一種你根本不該看見的顏色

這就出現了一個極大的矛盾——

如果我們看見的是綠色光,那麼負責綠色的視錐細胞應該被單獨啟用才對,可是此時進入視網膜的是紅色和藍色光,綠色視錐細胞不會作出任何反應。

我們的大腦是很聰明的,既然負責綠色的視錐細胞沒有被啟用,就表示我們看見的絕對不應該是綠色,並且也不可能是紅-綠之間或綠-藍之間的任何顏色。那咋辦呢?

沒關係,大腦處理顏色的原則就是,

只要有視錐細胞被啟用,那麼有顏色要看見顏色,沒有顏色創造顏色也要看見顏色。所以在這種情況下,大腦就乾脆讓我們看見了那個鮮豔度不遜於任何色彩的絕色——品紅色。

知道你的大腦有多強嗎?它讓你看見了一種你根本不該看見的顏色

換言之,品紅色純粹就是大腦憑空創造出來的。無論你多麼仔細的尋找,在可見光譜中是絕對找不出品紅色的,同時你也找不出與品紅色很相近的粉色(粉色也由紅-藍光組成,但紅光的比值更大;若藍光比值更大則為紫色),於是網上便漸漸流傳出了“粉色是不存在的顏色”這種說法。

不過嚴格來講,這種說法其實是不對的。因為前文已經講過了,

光線的本質只不過是電磁波,它具有波長、頻率、強度等特徵,可是並沒有“顏色”這個特徵

。從這個意義上來說,宇宙中本來就不存在任何顏色,所有的顏色都是我們的大腦渲染出來的,不然你在可見光譜中找個白色出來看看?

此外,

品紅色儘管不存在於可見光譜中,但是它的確存在於色環(color wheel)中,且位置也恰好在紅色和藍色之間。

知道你的大腦有多強嗎?它讓你看見了一種你根本不該看見的顏色

倘若你仔細檢視,就會發現

色彩學中的色環,其實就是把物理學中的條形的可見光譜彎曲成了圓環,然後補上了品紅色而已。

也就是說,品紅色不僅是切實存在的顏色,並且完全符合大腦的辨色規律——當負責兩種原色的視錐細胞被同時啟用時,融合出來的顏色位於這兩種原色之間。只不過我們把色環還原成可見光譜後,品紅色就位於紅色或藍色的外邊去了。

品紅色是純粹的複色光,只能由紅光和藍光合成,就如白色一樣不具有特定的波段,所以在可見光譜中才找不到它的身影

,僅此而已,毫無特殊之處。

興奮的是,我終於把今天想撩的事兒撩完了;而悲哀的是,我明明想用這篇文章證明自己沒有瞎,卻偏偏證明了柯雪妹的包包確實有顏色。

哎,這話題實在是撩不下去了。

所以,點選文章下方連結,買個三稜鏡回去撩一撩妹子吧。

畢竟靚坤講過:出來混要講信用,說了賣三稜鏡,就一定要賣三稜鏡的。

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