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眼见为“虚”——光与色的奥秘

图文:培养姬

导语:世界为什么是彩色的?为什么我们能看到五颜六色?光对颜色又有着怎样的影响呢?本文带你一起探索光与颜色的奥秘。

颜色是如何形成的?
  现代汉语常用词词典中是这样定义“颜色”的:由物体发射、反射或透过的光波通过视觉所产生的印象。从定义中我们不难看出,颜色的产生离不开光,没有了光也就不存在颜色了。想象一下在没有任何光源的黑屋子里,你能看到黄色的沙发、粉色的地毯、蓝色的墙面吗?显然是不能的。
  
  光是一种电磁波,人类肉眼只能看到波长在380-780nm之间的光,称为可见光。可见光进入人眼后,会对人的视觉细胞产生一定的刺激,引起视觉神经一定的反应,视觉神经再将此信号传递给大脑,经大脑分析后得出物体颜色。不同波长的光进入人眼后,对人的视觉细胞产生的刺激不同,大脑根据接收到的不同信号,从而来判定具体的颜色。
  
  在同样的光照条件下,为什么不同的物体呈现出的颜色不一样呢?这是因为不同物体表面对光的吸收、反射、透射情况不同,导致进入人眼中的光的频率不同。日常生活中的光源,无论是自然光源还是人造光源,通常都是由多种不同频率的光混合在一起组成。当光照射到不透明的物体表面时,一部分特定频率的光会被物体吸收,其他频率的光则会被反射出去,反射出的光线决定了物体在人眼中呈现的颜色。当光照射到透明物体时,一部分特定频率的光会被物体吸收,其他频率的光则会被透射出去,透射出的光线决定了其在人眼中呈现的颜色。
  
  自然光下,树叶之所以是绿色的,是因为树叶吸收掉一部分特定频率的光之后(紫色、蓝色及红色对应频率的光),反射出的光经过人的眼和大脑判断后形成的是绿色;而红色的花反射的光不同于树叶,吸收了紫色、蓝色和绿色对应频率的光,剩下反射出来的红色光经过人眼接收和大脑判断后形成的是红色。
  这就是颜色的形成,可以说颜色就是我们对特定波长的光的一种主观感觉。我们通常把自然光(也就是太阳光)下物体所呈现出的颜色,认为是物体原本的颜色。
  
  颜色恒常性
  通过上面的分析,我们知道,在同样的光照条件下,不同的物体由于反射或透射出的光线不同,导致其呈现的颜色不同。那么同一个物体,在不同的光照条件下,呈现的颜色会是一样的吗?
  我们通过一组实验来探究问题的答案。 
  (1)这是在自然光下的一个魔方,我们很容易判断,方块1是绿色的,方块2是粉色的,方块3和4是灰色的。
  
  (2)我们给魔方打上粉色的环境光,下图中方块1是什么颜色?
  
  依然能够看到,方块1是绿色的。
  (3)接下来,我们把图2魔方周围的环境部分去掉,只留下魔方,再来看一下方块1是什么颜色?
  
  是不是变成了灰色?
  (4)我们把图2、图3分别和图1作对比
  
  
  图2和图3中的方块1,与图1中的方块3,用一个相同颜色的长方形色块连接起来,可以发现他们确实是同一种颜色——灰色,但是在图2中我们能看出方块1是绿色,但是图3中看到的却是灰色。
  也就是说,在粉色光照条件下,原本绿色的方块确实变成了灰色。但是,我们在图2中已知环境光颜色的情况下,仍然能分辨出1号方块原来的颜色是绿色。
  (5)同样,我们为魔方打上蓝绿色的光,下图(图5)中方块2是什么颜色?
  
  依然能够看到,方块2是粉色。
  (6)接下来,我们把图5魔方周围的环境部分去掉,只留下魔方,再来仔细看一下方块2是什么颜色?
  
  是不是变成了灰色?
  (7)接下来,我们把图5、图6分别与图1放在一起对比
  
  
  图5和图6中的方块2,与图1中的方块4,用一个相同颜色的长方形色块连接起来,可以发现确实都是同一种颜色——灰色,但是在图5中我们能看出方块2是粉色,但是图6中看到的却是灰色。
  也就是说,在蓝绿色光照条件下,原本粉色的方块确实变成了灰色。但是,我们在图5中已知环境光颜色的情况下,仍然能分辨出2号方块原来的颜色是粉色。
  通过以上实验,我们得出结论:从物理学上讲,不同颜色的光照射在同一个物体上时,物体所呈现出的颜色确实会发生变化。但是如果在了解环境光信息的情况下,我们的眼和脑能够通过对环境光的判断来猜测物体原本的颜色,不因外界环境的变化而改变对物体颜色的认知——这就是人类视觉感知的颜色恒常性。生活中我们在说某种物体的颜色时,往往假设物体本身的颜色是恒定不变的,也就是指该物体在自然光照条件下所呈现出的颜色。在人类进化的过程中,每天都经过太阳的东升西落,清晨和傍晚时分的太阳照在地面的光线是橙黄色的,中午的光线是偏淡蓝色,环境光在不断变化。由此,人类大脑产生了一种对于环境光变化的补偿机制,可以让人类不受环境光线颜色变化的影响,一瞬间完成物体颜色的判断。这也就是为什么我们并不会因为黄色的烛光把原本白色的墙照成了黄色,就判断墙是黄色的;也不会因为夜晚一片漆黑,看不到树叶的绿色,就说树叶是黑色的。
  
  上面这只名声大噪的鞋,大家之所以会看到不同的颜色,是因为背景比较黑暗,难以判断环境光的颜色。如果人感知到了绿色环境光,就会判断鞋是粉白色;如果人没有感知到绿色的环境光,仍然以白光的环境光去判断,就会认为鞋是灰绿色的。粉白或者灰绿判断结果的不同,来自于人们对于环境光猜测习惯的不同,与色弱、色盲无关。
  
  那些以“色”诱人的食物
  其实环境光对物体颜色的影响,在生活中非常普遍,只不过我们没有特别注意而已。有一些环境光对物体颜色的影响,可能不像绿光对粉白鞋一样,让鞋黯然失色变成了灰色,而是使用同色系的光照明(或者颜色饱和度更高的光),使物体的颜色变得更加亮丽。
  为什么肉摊上的肉看起来总是那么鲜嫩?
  
  而当你买回家以后,却变成了这样,
  
  和这样……
  
  
  水果摊上的水果,是那么的饱满、色泽鲜艳,
  
  蔬菜总是那么新鲜、翠绿欲滴,
  
  然而,当你买回家之后……
  
  
  为什么会出现这种情况呢?如果你仔细观察会发现,超市里很多摊位上方经常会装有特殊的灯——LED生鲜灯。生鲜灯有很多种类型,分别发出不同颜色的光,用在不同类型的商品上。在生鲜灯的照耀下,蔬果色泽更鲜艳,肉类看上去也一直很新鲜。 
  
  这些灯具所造成的颜色“假象”,是由于生鲜灯往往只投射在特定的区域,如果不仔细观察,客户容易忽略这个不同于普通日光的“环境光”的影响,从而对产品的颜色进行误判,于是就出现了上文所提到的情况。所以,下一次再逛超市时,一定要留意超市里面的“灯光迷阵”,把产品从带有特殊光照的货架上拿开,在正常的照明灯下仔细观察一下,再决定要不要买。
  
  (本文部分图文资料来源于中国计量科学研究院 孙若端,特此鸣谢)
 
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