顏色的本質是什麼？自然界中還存在人類尚未發現的顏色嗎？

藍天白雲、青山綠水，每個物體都有其對應的顏色，那麼自然界中是否還有人類尚未發現的顏色呢？懷揣著這個疑問，科學探索菌帶大家走進光與顏色的多彩世界。

• 陽光的顏色

有人認為陽光是橙黃色的，其實這是人類在大氣層中看到的太陽的顏色。太陽的顏色取決於大氣中的物質對陽光的散射情況。不同時段，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。陽光總在風雨後，暴雨過後見彩虹。雨後，空中懸浮著小水珠，當陽光被這些高空中的小水珠折射後，在特定的方向，地面上的人就能看見彩虹。彩虹由紅橙黃綠藍靛紫7種顏色依次排列而成，之所以存在彩虹，是因為陽光發生了色散。

     

牛頓用三稜鏡再現了陽光的色散現象，表明陽光不是單色光，而是複合光。其實我們所能看見的光大部分都是複合光，而像雷射這種就屬於單色光。陽光在通過三稜鏡後，紫光的偏轉角最大，而紅光最小，於是便呈現出彩色的光譜。彩虹這種自然現象背後，小水珠就相當於三稜鏡。

     

牛頓還發現紅綠藍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，於是人們便把紅綠藍這三種顏色稱為光的三基色。這三種色光等比例混合後，會顯示為白色。

     

可見，太陽光是一種複合光，太陽光本質上是白色的，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，人們終於發現光本質上也是一種電磁波，並且只是電磁波譜中的其中一小段。電磁波本質上並沒有顏色這個特徵，只有波長和頻率這些特徵，那麼光也一樣。

電磁波譜很廣，而人眼只能感知到波長在380~760納米範圍內的電磁波，這個波段的電磁波被稱之為可見光，是人眼可以感知到的。由於不同人對光線的感知能力存在差異，可見光的頻率範圍也並不十分精確。我們根據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靛紫7種波段。其實，在可見光的範圍之外，還存在紫外光和紅外光。不做特殊說明時，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結構，物體的顏色反映了該物體吸收和反射電磁波的特性。每個物體之所以擁有特定的顏色，是因為物體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。當所有光都被吸收，物體看起來就是純黑色；當所有光都被反射，物體看起來就是純白色。

     

除了暗物質、黑洞和理想中的黑體，自然界中的物體都會發光，或者說都會向外輻射出電磁波。研究發現，任何溫度在絕對零度（-273.15攝氏度）之上的物體都會向外輻射出紅外光。紅外光人眼雖然看不到，但憑藉專業的儀器，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，絕大部分都屬於漫反射。正是因為存在漫反射，我們才能從各個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象，不然我們不可能看見它。這個世界上並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，是因為人眼接收到了該物體發射或反射過來的可見光，並且這些光恰好落在了人眼的視網膜上。

眼睛是人類感知外部世界的視覺器官，人眼中有視錐細胞和視杆細胞，這些感光細胞能夠將光學信號轉化成生物電流，並傳輸給腦部負責處理視覺信號的區域，經過腦神經的加工之後，我們便看見了世界的樣子。

     

其中視錐細胞負責感知色彩和強光，大約有700萬個；視杆細胞大約有1.2億個，負責感知弱光。生物學家發現，正常人的視錐細胞一般有三種，每一種視錐細胞都只對特定波長的光最敏感。而人眼中的三種視錐細胞分別對三個特定波長範圍內的光最敏感，人腦對這三種光分別賦予紅色、綠色和藍色的概念，於是光便擁有了顏色。人類所感知到的其他顏色，都是基於這三種基本顏色在大腦的加工下產生的。

     

（上圖為視覺衝動的傳導路徑）

     

這麼看來，光之所以存在三基色原理，也與人類色覺的形成原理有關。因為人只有三種感知色彩的細胞，分別對應著紅綠藍這三種不同波長的光，而其餘的色彩都是在此基礎上疊加複合而成的。如果人類擁有四種視錐細胞，那麼將會出現「四基色」的概念。

人的視力並不是動物界中最好的，自然界中有些動物的視力就比人類強很多，它們能感知到可見光範圍以外的光。某些擁有夜視能力的動物，就能夠看見紅外光，在那些動物眼中夜晚就如同白天一樣。皮皮蝦就擁有16種視錐細胞，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）

因為基因缺陷，某些人天生會缺失某一種視錐細胞，成為色盲。對於色盲來說，他們眼中的世界與正常人眼中世界的顏色是不同的。對於擁有16種視錐細胞的動物來說，我們實在無法想像它們眼中的世界。比如人類看著是紅色的蘋果，在那些動物的眼裡，應該還存在別的顏色。

• 究竟有多少種顏色？

顏色是人類對感知到的電磁波所產生的反應。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）和明度三個要素。

     

色相，從物理學上來說，是由射入人眼的光線的光譜決定的，本質上的差異是光的波長不同；飽和度就是色彩的鮮豔程度；明度就是顏色的明暗程度，與人眼對色彩的主觀感受有關，一般光線越強，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，那麼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個等級，那麼這三種色光混合之後就會形成1677萬種顏色，這被稱之為NTSC色域。科學研究表明，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範圍內。

視錐細胞的種類越多，那麼人類看到的顏色種類也將更加豐富。既然不同的波長對應著不同的顏色，理論上對光譜進行無限細分，就能產生無數種顏色。不過，從量子力學角度來看，連續兩個波長之間存在最小變化間隔——普朗克長度（1.6x10^-35米），並不能無限精確。這樣看來，顏色的種類也存在上限，並且生物的視錐細胞也不可能有無限多種。

• 總結

綜上所述，顏色本質上是不同波長的光對視錐細胞的刺激，經由大腦處理後，便形成了色覺。如果我們擁有種類更加豐富的視錐細胞，就能在腦中產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。

在人類現有的視覺感知能力上，我們已經不可能發現新顏色了，除非人類的視覺能力發生增強。其實，除了可見光會映入人們的眼帘，紫外光和紅外光也會，只是人類沒有相關識別能力。也就是說，從人類的角度來看，自然界中並不存在人類尚未發現的顏色。