人類對色彩的感知原理,世界上存在未知顏色嗎?

2020-11-27 騰訊網

在自然界中,光的本質就是電磁波,人類能看見的可見光只是電磁波中極小的一部分波段,現實中顏色本不存在,它只是人類思維活動的產物,只存在於意識當中,所以說人類未被發現的顏色是不正確的說法。

光學

人類對光的研究有很長的歷史,第一個認知突破來自於牛頓,牛頓首先發現三稜鏡可以把太陽光分解為七種顏色,開啟了現代光學研究之路。

在1800年,英國科學家威廉·赫歇爾在研究不同顏色光的性質時,意外地發現紅光外側還存在一種肉眼看不見的光,也就是紅外線;1864年,麥克斯韋建立電磁學理論,從理論上預言了電磁波的存在,並認為可見光就是電磁波的一部分,只是頻率和波長的不同而已。

於是不同顏色的光,對應著電磁波中的不同波長,可見光波長範圍在380nm~760nm之間,波長由長到短依次為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。

顏色感知

生物要想看到顏色,就需要對電磁波有感知能力,於是生物進化出了重要的器官——眼睛,外界光線經過折射後投影到視網膜上。

人類視網膜上有視杆細胞和視錐細胞,其中視杆細胞對光的強度很靈敏,對顏色不靈敏;而視錐細胞又有三種,分別對紅、綠、藍三種顏色的光靈敏;當視覺細胞接受到外界光源的刺激時,就會把信號傳遞給大腦,大腦根據不同細胞的刺激情況分析出看到物體的信息。

人類的三種視錐細胞,對不同波長的光有著不同的靈敏度,當然也有相互重疊的部分,在紫光附近基本上只有藍視錐細胞能微弱感知,這也是大部分人對紫光不太敏感的原因。

從光的本質上說,電磁波本沒有顏色這個屬性,只有波長和頻率之分,只是人類大腦處理視錐細胞接收到的信息時,把不同的波長信號進行劃分,從而得到七種基本顏色,可以說「顏色」只是人類思維活動的產物。

視覺缺陷

明白了人類對顏色的感知原理後,我們就能解釋一些特殊情況,比如有些人可能存在色盲或者色弱,那是因為在他們的視網膜中,某種視錐細胞感光過於靈敏、或者感光不足、甚至是無法感光。

比如紅綠視覺缺陷屬於X染色體上的隱形遺傳,佔我國男性人口的8%,女性佔0.5%,對於紅綠色弱者,他們的紅視錐細胞和綠視錐細胞對光的感知就存在異常,使得大腦接收到的信息存在偏差,無法得到準確的顏色信息,實際上我們所說的準確顏色信息,也只是基於絕大部分人的顏色認知制定的標準。

對於紅色盲來說,他們的紅視錐細胞完全喪失感知功能,艾伯菌認識一位朋友,這位朋友就屬於紅色盲,在他眼裡紅色就是黑色,他甚至無法準確讀出紅色對聯上的黑字。

未知顏色

對於不同的生物,甚至連視覺細胞也存在不同,很多哺乳動物只有兩種視錐細胞,比如狗就只有兩種視錐細胞,對人類來說狗就是色盲。

很多鳥類擁有四種視錐細胞,對它們來說,看到的色彩比人類豐富很多,蜜蜂和蝴蝶的視錐細胞,甚至可以看到紫外線,而大家喜歡吃的皮皮蝦,竟然擁有多達16種視錐細胞,人類很難想像在皮皮蝦眼裡的世界是什麼樣的。

這些動物看到的色彩遠比人類豐富,本質上光是電磁波,雖然某些動物能看到人類看不見的紅外線和紫外線,但是顏色對應的就是波長,超出可見光的波長對人類來說就是一個波長數字而已,在人類的認知裡面並沒有對應的顏色,所以不能說是人類未發現的顏色。

實際當中,視杆細胞對光強的感知信號,還會融入顏色信息當中,但是這個信息並不反映光的顏色,比如在夜間時,視杆細胞就能發揮很大的作用。

我們假設一個人,他從小就在沒有紅色的屋子裡生活,而且他的紅視錐細胞沒有退化的話,直到某一天他走出房間看到五彩斑斕的世界,一定會覺得非常驚訝。

實際上,美國科學家就發明了一種「色盲眼鏡」,這種眼鏡可以讓部分視覺異常的人,看到以前他從未看到過的顏色,比如一位名叫Jim的男子,從小無法分辨紅色和綠色,在他眼裡世界就是橘黃色的,色盲眼鏡過濾掉那些讓大腦產生誤判的光,讓大腦能準確讀出物體的顏色信息;但是色盲眼鏡並非萬能的,本質上應該叫色弱眼鏡,只能針對部分色弱以及部分顏色起校正作用。

要從根本上治療視覺缺陷,也許只能依靠基因研究,若人類能糾正X染色體上的視覺基因缺陷,就能讓這個家族的人從根本上擺脫視覺缺陷。

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