藍(lán)天白云、青山綠水，每個(gè)物體都有其對應(yīng)的顏色，那么自然界中是否還有人類尚未發(fā)現(xiàn)的顏色呢？懷揣著這個(gè)疑問，科學(xué)探索菌帶大家走進(jìn)光與顏色的多彩世界。

• 陽光的顏色

有人認(rèn)為陽光是橙黃色的，其實(shí)這是人類在大氣層中看到的太陽的顏色。太陽的顏色取決于大氣中的物質(zhì)對陽光的散射情況。不同時(shí)段，人類在地球表面所看到的太陽的顏色是不同的。

地球上所有的生命都離不開陽光。陽光總在風(fēng)雨后，暴雨過后見彩虹。雨后，空中懸浮著小水珠，當(dāng)陽光被這些高空中的小水珠折射后，在特定的方向，地面上的人就能看見彩虹。彩虹由紅橙黃綠藍(lán)靛紫7種顏色依次排列而成，之所以存在彩虹，是因?yàn)殛柟獍l(fā)生了色散。

牛頓用三棱鏡再現(xiàn)了陽光的色散現(xiàn)象，表明陽光不是單色光，而是復(fù)合光。其實(shí)我們所能看見的光大部分都是復(fù)合光，而像激光這種就屬于單色光。陽光在通過三棱鏡后，紫光的偏轉(zhuǎn)角最大，而紅光最小，于是便呈現(xiàn)出彩色的光譜。彩虹這種自然現(xiàn)象背后，小水珠就相當(dāng)于三棱鏡。

牛頓還發(fā)現(xiàn)紅綠藍(lán)三種色光是不可分解的，而將這三種色光按不同比例混合，卻可以得到多種其它色光，于是人們便把紅綠藍(lán)這三種顏色稱為光的三基色。這三種色光等比例混合后，會(huì)顯示為白色。

可見，太陽光是一種復(fù)合光，太陽光本質(zhì)上是白色的，由7種基本色光混合而成。

• 光與物體的顏色

在麥克斯韋等人的努力下，人們終于發(fā)現(xiàn)光本質(zhì)上也是一種電磁波，并且只是電磁波譜中的其中一小段。電磁波本質(zhì)上并沒有顏色這個(gè)特征，只有波長和頻率這些特征，那么光也一樣。

電磁波譜很廣，而人眼只能感知到波長在380~760納米范圍內(nèi)的電磁波，這個(gè)波段的電磁波被稱之為可見光，是人眼可以感知到的。由于不同人對光線的感知能力存在差異，可見光的頻率范圍也并不十分精確。我們根據(jù)7種基本顏色，將可見光依波長從長到短劃分為紅橙黃綠藍(lán)靛紫7種波段。其實(shí)，在可見光的范圍之外，還存在紫外光和紅外光。不做特殊說明時(shí)，通常所說的光是指可見光。

物體都有其特定的組成成分和物質(zhì)結(jié)構(gòu)，物體的顏色反映了該物體吸收和反射電磁波的特性。每個(gè)物體之所以擁有特定的顏色，是因?yàn)槲矬w所能夠吸收和反射的電磁波的波長或者頻率不同。不透明物體的顏色由它所反射的光決定，透明物體的顏色由它所能夠透過的光決定。當(dāng)所有光都被吸收，物體看起來就是純黑色；當(dāng)所有光都被反射，物體看起來就是純白色。

除了暗物質(zhì)、黑洞和理想中的黑體，自然界中的物體都會(huì)發(fā)光，或者說都會(huì)向外輻射出電磁波。研究發(fā)現(xiàn)，任何溫度在絕對零度（-273.15攝氏度）之上的物體都會(huì)向外輻射出紅外光。紅外光人眼雖然看不到，但憑借專業(yè)的儀器，我們就能夠感知到它的存在。

此外，自然界中能夠被我們看到的物體都能夠反射可見光，除了鏡面反射，絕大部分都屬于漫反射。正是因?yàn)榇嬖诼瓷洌覀儾拍軓母鱾€(gè)不同的角度看到物體的存在。就算是無色透明的物體也還是存在反光現(xiàn)象，不然我們不可能看見它。這個(gè)世界上并不存在完全無色透明的物體。

• 人眼是如何感知色彩的？

顏色的種類很多，人類是如何辨別這些顏色的呢？要想弄清楚這個(gè)問題，就需要弄明白人眼的工作原理。

要想看到這多彩的世界，除了一雙正常的眼睛，還必須要有光。人之所以能看見物體，是因?yàn)槿搜劢邮盏搅嗽撐矬w發(fā)射或反射過來的可見光，并且這些光恰好落在了人眼的視網(wǎng)膜上。

眼睛是人類感知外部世界的視覺器官，人眼中有視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞，這些感光細(xì)胞能夠?qū)⒐鈱W(xué)信號轉(zhuǎn)化成生物電流，并傳輸給腦部負(fù)責(zé)處理視覺信號的區(qū)域，經(jīng)過腦神經(jīng)的加工之后，我們便看見了世界的樣子。

其中視錐細(xì)胞負(fù)責(zé)感知色彩和強(qiáng)光，大約有700萬個(gè)；視桿細(xì)胞大約有1.2億個(gè)，負(fù)責(zé)感知弱光。生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，正常人的視錐細(xì)胞一般有三種，每一種視錐細(xì)胞都只對特定波長的光最敏感。而人眼中的三種視錐細(xì)胞分別對三個(gè)特定波長范圍內(nèi)的光最敏感，人腦對這三種光分別賦予紅色、綠色和藍(lán)色的概念，于是光便擁有了顏色。人類所感知到的其他顏色，都是基于這三種基本顏色在大腦的加工下產(chǎn)生的。

（上圖為視覺沖動(dòng)的傳導(dǎo)路徑）

這么看來，光之所以存在三基色原理，也與人類色覺的形成原理有關(guān)。因?yàn)槿酥挥腥N感知色彩的細(xì)胞，分別對應(yīng)著紅綠藍(lán)這三種不同波長的光，而其余的色彩都是在此基礎(chǔ)上疊加復(fù)合而成的。如果人類擁有四種視錐細(xì)胞，那么將會(huì)出現(xiàn)“四基色”的概念。

人的視力并不是動(dòng)物界中最好的，自然界中有些動(dòng)物的視力就比人類強(qiáng)很多，它們能感知到可見光范圍以外的光。某些擁有夜視能力的動(dòng)物，就能夠看見紅外光，在那些動(dòng)物眼中夜晚就如同白天一樣。皮皮蝦就擁有16種視錐細(xì)胞，這意味著它們能看到人眼所看不到的顏色。

（上圖為紅外熱成像儀下的鴕鳥照片，顏色是人為添加的）

因?yàn)榛蛉毕荩承┤颂焐鷷?huì)缺失某一種視錐細(xì)胞，成為色盲。對于色盲來說，他們眼中的世界與正常人眼中世界的顏色是不同的。對于擁有16種視錐細(xì)胞的動(dòng)物來說，我們實(shí)在無法想象它們眼中的世界。比如人類看著是紅色的蘋果，在那些動(dòng)物的眼里，應(yīng)該還存在別的顏色。

• 究竟有多少種顏色？

顏色是人類對感知到的電磁波所產(chǎn)生的反應(yīng)。說到顏色的種類，先了解一下色彩的三要素。一種顏色包含色相、飽和度（純度）和明度三個(gè)要素。

色相，從物理學(xué)上來說，是由射入人眼的光線的光譜決定的，本質(zhì)上的差異是光的波長不同；飽和度就是色彩的鮮艷程度；明度就是顏色的明暗程度，與人眼對色彩的主觀感受有關(guān)，一般光線越強(qiáng)，我們看到的也就越明亮。太陽光譜中有7種基本色光，而人類大概能夠分辨出180種不同色相的顏色。

如果人類沒有色彩感知能力，那么在我們眼中將只有黑與白的明暗變化。黑白灰雖然也稱之為顏色，不過本質(zhì)上是明暗變化。

（黑白照片與彩色照片的對比）

三種基本色光按不同比例可以混合出許多種顏色，我們將三基色分別劃分為256個(gè)等級，那么這三種色光混合之后就會(huì)形成1677萬種顏色，這被稱之為NTSC色域?？茖W(xué)研究表明，人眼理論上最多能夠感知1000多萬種顏色，我們所說的sRGB色域就恰好在人類的色彩感知能力范圍內(nèi)。

視錐細(xì)胞的種類越多，那么人類看到的顏色種類也將更加豐富。既然不同的波長對應(yīng)著不同的顏色，理論上對光譜進(jìn)行無限細(xì)分，就能產(chǎn)生無數(shù)種顏色。不過，從量子力學(xué)角度來看，連續(xù)兩個(gè)波長之間存在最小變化間隔——普朗克長度（1.6x10^-35米），并不能無限精確。這樣看來，顏色的種類也存在上限，并且生物的視錐細(xì)胞也不可能有無限多種。

• 總結(jié)

綜上所述，顏色本質(zhì)上是不同波長的光對視錐細(xì)胞的刺激，經(jīng)由大腦處理后，便形成了色覺。如果我們擁有種類更加豐富的視錐細(xì)胞，就能在腦中產(chǎn)生更多種類的顏色概念。人眼的色彩感知能力決定著我們所能看到的顏色種類。

在人類現(xiàn)有的視覺感知能力上，我們已經(jīng)不可能發(fā)現(xiàn)新顏色了，除非人類的視覺能力發(fā)生增強(qiáng)。其實(shí)，除了可見光會(huì)映入人們的眼簾，紫外光和紅外光也會(huì)，只是人類沒有相關(guān)識別能力。也就是說，從人類的角度來看，自然界中并不存在人類尚未發(fā)現(xiàn)的顏色。