顏色的前世今生

　　顏色的前世今生1·一切從光開始

　　還是從我們系的經典段子開始吧。

　　話說某師兄去中科院保研的面試上，台下老師問了一個問題："為什麼天空是藍色的?"

　　答曰："因為海是藍色的!"

　　老師無語："這是文科生的答案，請給我一個理科生的答案。。。"

　　據說後來這個問題已經成了保研面試的經典問題，每年必問。

　　當年老師把這段子講到這兒，台下的我們都笑翻了。

　　其實這個問題的標准答案是"瑞利散射"。

　　不過為什麼是瑞利散射，還要從顏色的本質說起。

　　顏色的本質是光。

　　光的本質是能量。

　　(當然，其實在我這樣的理科生看來，這個世界上一切東西的本質都是能量，宇宙、山川河流、資本、情緒、你和我。呵呵，扯遠了～)

　　更具體一些，光的本質是電磁波，並且僅僅是電磁波長長的波譜中的一小段。

　　在波長380nm到780nm的范圍裡的電磁波，能量可以被人眼接收。因此在這個意義上討論時，往往把光稱為"可見光"。

　　(難道還有"不可見光"麼?這個名字其實很容易引起人的誤讀。我猜，主要是因為"光是電磁波"這句話沒什麼問題，但說"電磁波是光"就不對了，因為電磁波並不都是可見的。為了表達這個糾結的意思，為了讓"光"跟一票黑乎乎的電磁波兄弟——什麼射線啊，微波啊——區別開，叫了這個糾結的名字!)

　　從圖上看，從480nm到780nm的光譜裡，所擁有的顏色就是彩虹的顏色——當然了，彩虹就是從太陽光裡折射出來的嘛。

　　不過，彩虹裡只有飽和度很高的赤橙黃綠青藍紫，其他常見的顏色呢?褐色呢?粉紅呢?紫紅呢?尤其可疑的是，白色和黑色呢?

　　所以，這條彩帶上的顏色，是所有可見光的顏色。可並不是我們所能看到的所有顏色。

　　它們被稱為"光譜色"。

　　意思就是，單一波長的光，所形成的顏色。

　　比如，如果我用光柵把550nm的光單獨分離出來，看到的，就是非常飽和、非常耀目的綠色。

　　(想想那種綠色的激光筆，沒錯，就是那種綠!)

　　這是人類目前(恐怕包括以後)，所能見到的，最純粹最純粹的一種顏色。

　　所以，單一波長的光，又叫單色光。它的顏色是不可再次分離的。

　　那如果我把它們混合到一起呢?如果改變它們的比例呢?黑色和白色又是怎麼回事?

　　很好，事情開始復雜了。

　　下次再見。

　　我從小就對顏色著迷。

　　但顏色又如此復雜，如此神秘，已經成為我心中的一個大大的謎團。

　　現在終於下定決心把這個題目好好寫寫，一解心中多年迷惑。

　　不知道要寫多久，希望我能堅持。加油!

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　　顏色的前世今生2·光的疊加

　　上帝說，要有光，於是有了光～～

　　為啥早早把光造在前面呢，因為沒有光啥也看不見啊，造出來木有啥用。。。開個玩笑，大家表拍我。。。

　　咱繼續。

　　光照在物體上，物體反射回來的光，被人眼接受，視覺細胞產生響應信號，視覺神經把信號傳遞給大腦，大腦經過信號處理後，得出物體的相關信息：位置、大小、形狀、質地，以及顏色。

　　不同的物體對光譜的反射、吸收性能不同，形成了不同的能量譜。不同的能量譜進入人眼，從而感知到不同的顏色。

　　看一下上面檸檬的反射譜，這條曲線是用儀器能測到的、檸檬反射回來的光的分布曲線。雖然檸檬是黃色的，但其實並不只是反射黃色的光譜，反而從藍色到紅色都有反射。

　　就是說，我們看到的檸檬的黃色裡，其實包含了藍色、綠色、黃色和紅色。黃色是最後大腦的一個整體的印象，是所有接收到的光的疊加效果。(另外再羅嗦一下，如果真的只有黃色會怎麼樣呢?這個時候檸檬就會黃得非常鮮艷，以至於顯得很假。就是因為它的顏色太單一了，缺少這種疊加效應產生的那種柔和自然的感覺。綠色激光筆可真是個好例子，你什麼時候見過自然界有那種詭異的綠色?)

　　人腦的信息處理能力是相當強大的，瞄一眼，就知道能量是怎麼分布的了。甚至我們都沒有意識到這一點，大腦在跟我們說："看啊看啊，它的能量分布是這樣的，這樣的，還有這樣的～"我們瞟了一眼，"哦，黃色。"

　　不過，黃色和黃色也是不一樣的。同一個檸檬，不同的位置，顏色也不會完全一樣。同一個位置，不同的光線條件，顏色也不會完全一樣。

　　紅色光多一點，就是桔黃色;藍色光多一點，就是黃綠色;向著光源的地方比較亮，黃色會發白，明度上升，飽和度下降;背著光的地方，黃色發灰，明度下降，飽和度也下降。

　　他們本質上的區別，就是能量譜的不同。如果兩條光譜曲線是一模一樣的，可以完全重合的，那麼可以說它們形成的顏色是完全一樣的。(雖然但這樣的情況在現實生活中著實少見。)

　　不過，在我們發現能量譜這個本質問題之前，人類已經為如何表述顏色困惑許久了。雖然不同的顏色已經有不同的名字了，但還是有很多不便之處。簡單的說，買個顏料就很費勁啊～

　　--"老板，我要茜紅色。"

　　--"哪。"

　　-- "茜紅色哪是這個顏色啊?!這明明是胭脂紅!"

　　-- "那你說茜紅是什麼樣的?我家茜紅就這樣!"

　　。。。為了避免這樣的悲劇反復發生，一些聰明人就開始想辦法把所有的顏色都編上號。用數字來表示顏色，然後印一本標准色卡，用的人一人發一本，這下就不用怕有這種分歧了。包括現在你去買家具什麼的，廠家都會有這樣的色卡，你想改成什麼顏色，就在色卡裡挑一種喜歡的就好。

　　不過，廠家提供的是比較有限的顏色，因為他的配方都經過反復試驗固定下來了，就那麼幾種可選的。這樣有限的顏色怎麼能滿足科學家的求知欲呢，呵呵～通過對顏色特點的觀察，許多科學家都發現，顏色主要有三個特性，色相、明度、飽和度。如果用三個坐標來表示這三個特點，就可以在一個三維空間裡把所有的顏色都標上號。

　　這個辦法，後來被叫做表色體系方案。其中最著名的，當然是孟塞爾的色立體，影響至今。

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　　顏色的前世今生3·色彩體系

　　為了方便的對顏色進行交流和使用，人類早早開始對"標准顏色"，或者說"顏色的標准"進行探索。

　　三百多年前，一位瑞典科學家(也許是位博物學家)Richard Waller發表了《簡單色與混合色表》，一共有119種顏色，由淺至深排列。主要用於給自然界發現的物體描述顏色。使用者將實物與色表對比，就可以確定所觀察對象的顏色名稱了。同一時期還有其它科學家創建的色表，因為沒有找到圖，就不一一列舉了。

　　圖片來源："A Catalogue of Simple and Mixt Colours with a Specimen of Each Colour Prefixt Its Properties," in Philosophical Transactions of the Royal Society of London, vol. 6 for the years 1686 and 1687

　　(這樣采用肉眼和標准色對比的方法，來進行顏色描述的方法，被稱為"對比色法"，在能量譜被發現之前的這段歷史中，一直是唯一靠譜的表色法。)

　　Waller的色表表明，在那個時候，人們就已經意識到了簡單色可以混合出混合色(即中間色)。但是用色表這種二維表格的表現形式，顏色之間的過渡、關聯關系並不明顯。

　　還有沒有更有邏輯的、更容易記憶的、不會把人搞暈的表色法啊?

　　有了!橫空出世的偉大科學家牛頓，發現了白光可以用稜鏡分離出彩虹色(年代稍後，《Opticks》一書發表於1704年)。從此開始了更科學、更精准的顏色研究之旅。

　　這部分先按下不表，先說說牛頓的另一大天才想法：

　　把直線排列的彩虹色帶變成了色輪!

　　從此藍色和紅色首尾相接，中間增加了紫紅色。藍色紅色之間的大段空白被銜接上了，色彩之間的關聯更加直觀。不但所有能明顯識別出來的色相都標注在色輪裡，還有了種輪回的哲學意味。

　　(所謂色相，就是顏色的主基調，就是能叫出名字來的紅黃綠蘭紫。黑白兩色不算，原因以後會詳細討論。)

　　(另外再八卦一下，紫紅色是唯一沒有光譜色的顏色，就是說，沒有任何一種單色光能形成紫紅色這種色相。但凡見到紫紅色，它一定是藍色和紅色的混合。這難道是大家都認為紫紅色是種神秘的顏色的原因?呵呵!)

　　看看這個牛頓色環的彩圖，多古典啊。。。愛死這樣的風格了!

　　圖片來源： [C. B.] Traité de la peinture en mignature (The Hague, 1708).

　　且慢，這裡仍然只有彩虹色(雖然增加了一個紫紅色——嗯，話說圖上的紫紅怎麼更像粉紅?褪色了?)，仍然沒