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人的眼睛能看到可见光,是因为眼睛的感光细胞中,有能接受可见光频段电磁波的三种锥细胞,分别负责感受红、绿、蓝三种颜色,但不是只能接受红、绿、蓝三色光,而是这三种锥细胞接收可见光的范围,分别以红、绿、蓝为主(见右下图)。眼睛接收光波后,会把讯号传给大脑,以产生视觉。
光让世界变彩色
文:李名扬
苹果绿、象牙白、酒红、水蓝……世界上的颜色千百种,人的眼睛如何能分辨这么多种不同的颜色?电视画面生动鲜艳,彩色图书丰富华丽,人类又是如何制造出这么多种不同的颜色?
颜色的源起是光,但又不绝对由光决定颜色,因为光必须经由人的眼睛接收后,经过大脑的认知处理,才会成为所谓的「颜色」。
光是电磁波的一种,人的眼睛只能看到波长介于约380~780奈米之间的电磁波,所以这段波长范围的电磁波称为「可见光」。例如太阳光就包含了所有频谱的可见光,当太阳光经过空气中水滴的反射和折射,因为不同波长的光折射率不同,所以白光中的各种色光就分开来,形成彩虹的「红橙黄绿蓝靛紫」,也就是波长由长到短的可见光(红光波长最长,紫光波长最短)。
可见光有两种来源,一种是发光物直接发出的光,例如太阳光、灯光、火焰,另一种则是不会发光的物体所反射的光线,我们的眼睛接收到的可见光,大多数都是由物体反射而来。
人的眼睛能看到可见光,是因为眼睛的感光细胞中,有能接受可见光频段电磁波的三种锥细胞,分别负责感受红、绿、蓝三种颜色,但不是只能接受红、绿、蓝三色光,而是这三种锥细胞接收可见光的范围,分别以红、绿、蓝为主(见右下图)。眼睛接收光波后,会把讯号传给大脑,以产生视觉。
被眼睛骗了
当眼睛接收到不同波长(即不同颜色)的可见光时,神经系统会把锥细胞接收到的讯号组合起来,成为我们大脑认知的颜色;例如当我们的眼睛看到合在一起的红光和绿光时,我们会以为看到了黄光,其实是被自己的眼睛骗了,我们不论看到「真正的黄光」或是「红光和绿光混合」,都会以为自己看到黄光。
人的眼睛中有三种锥细胞,所含色素不同,最敏感的波长分别约为424奈米、530奈米及560奈米;锥细胞接收到可见光后,经大脑处理,就得出颜色。
以人工制造色光时,就是利用大脑这种「会自动组合色光」的特性,只要将三种色光依适当比例组合,就会让我们以为看到了各种色彩。这三种色光就是常听到的「光的三原色:红(red,R)、绿(green,G)、蓝(blue,B)」,和我们的三种锥细胞主要能辨别的色彩一样,三种色光合起来就是白光(white,W)。
若两种光混在一起后呈现白色,我们称这两种光「互补」,例如红光和青光(cyan,C)混合后成为白色,就代表红光和青光互补;由于红、绿、蓝三色光合起来也会成为白色,因此很显然地,青光就是红光以外另两种原色光绿光和蓝光的混合。同样地,绿光的互补色洋红色光(magenta,M)是红光和蓝光的混合,而蓝光的互补色黄光(yellow,Y)则是红光和绿光的混合(见右下图左)。
不会发光的物体所形成的颜色,正好和发光物形成颜色的原理相反,它不会自己发出某种颜色的光,而是吸收了某些颜色的光后,将其他的光反射出来。若以白光照射一个物体,它只把绿光反射出来,而吸收了其他颜色的光,那看起来就是绿色的;但若用红光照射这个物体,因为红光会被吸收,没有光反射出来,看起来就变成黑色。
光的三原色称为「加的三原色」,因为看到的颜色是由不同色光相加所得到的结果;而不发光物体(例如颜料)的三原色是青、洋红、黄,称为「减的三原色」,也就是加的三原色红、绿、蓝的互补色。
为什么称做「减的三原色」?若用以红、绿、蓝三色光合成的白光照射青色颜料,青色颜料会把白光中的红光(青的互补色)吸收,而把绿色和蓝色反射出来,合起来眼睛就看到青色;若把青色和洋红色颜料混合,青色颜料会吸收红色,洋红色颜料会吸收绿色(洋红色的互补色),结果只把剩下来的蓝色反射出来,所以青色和洋红色颜料混合后会呈现蓝色,是因为白色中的红色和绿色被「减」掉的缘故。
若把青、洋红、黄三色的颜料合起来,由于红、绿、蓝光都被吸收了,没有光线能反射出来,所以看起来就呈现黑色(见下图右)。
发光物发出的三原色是红、绿、蓝,红光和绿光合起来为黄色光,绿光和蓝光合起来为青色光,蓝光和红光合起来为洋红色光,三色光合起来就成为白色光。