光的三原色和色彩的三原色(光的三原色和颜料的三原色各是什么)

小学美术课告诉我们三原色是红黄蓝，初中物理课告诉我们光的三原色是红绿蓝。为什么都是三个？为什么这两组原色不一样？他们之间有关系吗？今天，你来回答这个问题。

我们看到的“颜色”是什么？

即不同波长的可见光投射到我们的视网膜上，被视网膜感知后，在大脑中产生不同的反应。为了区分不同的颜色，视网膜后面必须只有一个感光细胞，否则我们看到的世界就只有一种深浅不同的颜色，就像一张黑白照片一样。实际上，我们的眼睛用来区分色光的细胞(即视锥细胞)有三种，每一种都只对特定波长范围的光敏感：第一种对长波长可见光敏感，称为L(long)视锥细胞；第二种对中波长可见光敏感，称为M(中)视锥细胞；第三种类型对短波长可见光敏感，称为S(短)视锥细胞。三个视锥细胞对光谱中不同波长光的响应如下图所示，几乎可以覆盖可见光区域。

这样，当眼睛接收到任何一波可见光时，都可以不同程度地激活一个或两个甚至三个视锥细胞，它们产生的信号叠加起来就形成了我们感受到的颜色。

但这样看来，聪明的读者可能注意到了一个问题：波长为580nm的黄光会同时激发代表绿色的M视锥细胞和代表红色的L视锥细胞。怎么看起来和一些绿光和红光叠加不一样？

答案是，没什么区别。——肉眼可见。这就是为什么绿光，红光=黄光，蓝光，绿光=淡蓝光，三原色叠加原理和彩色光都是我们人眼的这三个视锥带来的。

早在上世纪初，Helmholtz等人就在不知道视锥细胞存在的情况下，提出了视觉三原色理论。假设视网膜中有三种细胞或相应的三种感光色素，分别对红、绿、蓝光特别敏感。当光线作用于视网膜时，可以不同程度地刺激相应的细胞或感光色素，在这两种原色之间的中央引起色觉。这一假设被实验证实后，又被科学家用来研制电子显示屏——。我们从电视、电脑、手机屏幕上看到的彩色图像都是由红、绿、蓝三原色叠加而成的，所以一旦仔细看彩色电子屏幕，就能看到红、绿、蓝三色颗粒(在老式电视机上更容易看到，如果看苹果的视网膜屏幕，可能会瞎……)。

那为什么颜料的三原色和光不一样呢？

这是因为颜料和色光的叠加原理不同。一种色素之所以呈现特定的颜色，并不是它发出那种颜色的光，而是它吸收了其他颜色的光，色素的叠加就是吸收的叠加。以栗子为例：黄色素反射红光和绿光(红光和绿光叠加就是我们眼中的黄光)，而我们日常使用的蓝色素反射蓝光和绿光。当它们放在一起时，黄色素吸收蓝色素反射的蓝光，而蓝色素吸收黄色素反射的红光，所以只剩下绿光。一旦多种其他色素叠加，所有的彩色光都被吸收，我们眼前就会一片漆黑。

会有少数人有两个或四个锥筒吗？其他动物呢？

大多数人类都有三种视锥细胞，但不是每个人都能感受到三原色下的世界。有的患者一两个视锥细胞有缺陷，会导致色觉缺陷，称为色盲。英国化学家约翰道尔顿首次详细描述了色盲，它也被称为道尔顿症。

色盲主要有红绿色盲、蓝黄色盲和色盲。红色色盲是最常见的色盲。患者分不清红色和绿色(看起来接近灰色或者只是灰色)，而蓝黄盲则分不清蓝色和黄色。色盲是最罕见的，患者只能像黑白照片一样看到不同灰度的世界。

色盲眼中的世界是什么样的？下图可能会给我们一个直观的印象。

图片：约翰内斯阿尔曼/维基共享

左上是色觉正常的人看到的彩色风车，右上和右下是红绿色盲的人看到的场景(严格来说，红盲和绿盲不同，但症状相似)，左下是蓝黄盲看到的场景。可以看出，红绿色盲的眼睛里没有红色和绿色，他们看到的“红”和“绿”只有带蓝色或灰黄色。

但“正常视力”和“色盲”并没有一刀切的分界线，辨色能力是一个连续的光谱。很多色盲患者并不是缺少一个或多个视锥，而是两个视锥的敏感范围过于接近，从而降低了对三种颜色的分辨范围。这种情况比三种单色色盲更常见，会让色觉有更多变的结果。另外，定义一个人是否色盲也要看他/她的环境和职业需求：视觉设计师和珠宝鉴定师需要有敏锐的识别颜色的能力，但对记者的要求没那么高。

怎么知道自己是不是色盲？最常见的测试方法是石原的色盲测试。可能我们体检的时候都检测过这个项目，医生给你拿出了这么一张彩色的图。色觉正常的人和色盲的人会看到不同的图案。如下图，色觉正常的人看到的是数字74，色盲的人看到的是数字21。

拥有三种以上颜色的视觉是什么体验？

既然拥有三种视锥细胞的“正常人”比色盲患者能看到更多的颜色，那么会不会有拥有四种或四种以上色觉的人呢？澳大利亚艺术家康塞塔安蒂科(Concetta Antico)就是这样一位“四色观者”。

图片来源：ConcettaAntico.com

据研究人员确定，她的第四个

　　安蒂科笔下的树与（三色视觉者眼中）真实场景对比。图片来源：Concetta Antico

　　那么其他动物呢？对于大多数动物，丰富的色觉都非常有利于适应多变环境。现存的脊椎动物中，爬行动物、鸟类和真骨下纲的鱼类都具有四种视锥细胞，它们能看到波长更短的紫外线。通过研究这些动物调控视蛋白合成的基因，我们得知这三群动物的共同祖先，也就是3.6亿年前的硬骨鱼类就具有了四色视觉。

　　这种金光菊能反射出紫外光，因此，鸟类能看到花心以外一个更大的黑色圆圈。图片由美国罗切斯特理工学院教授安德鲁·大卫德哈齐（Andrew Davidhazy）用检测紫外线的照相机拍摄。图片来源：《环球科学》

　　也许用动物的眼光来看待这个世界，就可以理解它们行为的关键。一些动物可以看见更加五彩斑斓的世界，而另一些动物眼里的世界就相对平淡很多。这些都是为了相互沟通，吸引异性和躲避捕食。研究那些我们所能看到的和看不到的颜色，不管对人类的自我认知和发展，还是对动物行为的了解以及规律的总结，都具有重要意义。

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