好几种颜色混合，会变成另一种颜色，这是来自生活的经验。

学过点物理的民科，总是对此现象，产生自我的模型和解释。因为牛顿曾经通过三棱镜证实，白光可以分解成七彩的彩虹-这是“色散”作为实验现象给人最深刻的映像。“色散”一词，正是由此而来。

Fig.1 可见光谱及其波段

 

我的一位同事，在大学时，就自己建立了一个模型，来解释颜色的混合：他认为，两种不同波长的光叠加，相当于两种不同频率正弦波叠加，会产生和频（新的波频率是旧的两种波的频率的叠加）和差频（新的波的频率是旧的两种波的频率对减）。然后，这位老兄怎么算，也得不到正确的结果。据他说，他花了大量的时间“闭户演字”，痛苦异常。

在科学史上，时至今日，我们对于人类如何感受颜色，依然有很大的“闭户演字”的成份。

具体到光学史，关于颜色，最著名的相互竞争的模型，是三原色模型和四原色模型。

(1)三原色模型

所谓三原色模型，是认为人眼里有三种感光细胞，分别对红色、绿色和蓝色最敏感。人眼之所以看到各种颜色的光，主要是这三种细胞感觉综合的结果。而红绿蓝三色被称为三原色。虽然在历史上，出于不同的原因，到底将哪三种颜色作为三原色，有过争论，现在根据不同目的也有不同的选择。但是，最广为人知的，依然是红绿蓝（RGB）三色。

现在我们已经知道，人眼里面有四种可以感受可见光的细胞。而在可见光的波长范围内（可见光是一种电磁波，其波长范围约为400-700nm；某些人比较牛，可以感受到380nm-810nm范围的电磁波），这四种细胞的每一种几乎都有感应。

 

Fig.2 柱状细胞和锥状细胞对光的响应，其中虚线表示柱状细胞的响应，而红绿蓝三色分别对应三种锥状细胞的响应。

其中有一种细胞形状为柱状，所以称为柱状细胞。其几乎可感受整个可见光波段的光，对波长为498nm的黄与绿之间的光最为敏感。但是这种细胞主要工作在光线比较暗的情况下，形成暗视觉。光线比较暗的时候，我们只能感受明暗，而不能感受到五颜六色。我们看到的都是黑白图像。

而另三种能感受颜色的细胞，其形状是锥状的，所以称为锥状细胞。它们要在光线充足的情况下，才能正常的工作，所以我们要看见“色”，必须要有足够的光线。

这三种细胞的每一种的感受范围，都几乎覆盖可见光范围，但是，每一种细胞最敏感的波长并不同。现在我们知道，对绿色最敏感的细胞，称为绿视锥细胞，对534nm波长的绿色光波最敏感；蓝视锥细胞，则是对420nm的紫光最敏感。红色视锥细胞则对564nm的黄光最敏感。

读者一定会感到奇怪，为什么红视锥细胞和蓝视锥细胞都不是正正的对红色或蓝色敏感呢？这个问题，后面我们将通过对立过程（opponent process）模型来解释。

此处要强调的是，读者常常出现的误解，是认为某种锥细胞对某种波长的光有感应，则对别的波长光就没有反应。比如，有不少的读者就认为，红视锥细胞只对红色波段的光有反应，当然绿和蓝的视锥细胞只对绿和蓝的光有反应。实际上，单色的某种波长的光进入眼睛也好，还是各种波长的光以不同的强度混合进入眼睛也好，三种锥状细胞都同时有反应。

按照三原色的模型，这三种细胞感受刺激后的反应结果强弱不同，就会组合成不同的对颜色的感觉。而这三个感受值，被称为“三刺激值”。

三原色模型的创立者和发展者，对于物理“民科”，可谓如雷贯耳。他们是 Thomas Young（杨氏双缝干涉实验）, James Clark Maxwell（麦克斯韦方程组）, 和 Hermann von Helmholtz（能量守恒定律）。

但是，三原色模型一直有些细小的麻烦，到了1920年代，这个麻烦体现得非常明显。W. David Wright 和 John Guild 创立了一种特别的配色实验。根据这个配色实验，非常容易发现某些颜色通过红绿蓝配色配不出来，因此他们不得不在三刺激值中，针对红色，引入负值。

Fig.3 1920年代，W. David Wright 和 John Guild 的实验发现，有的时候三原色模型中红色刺激值要取负值。

 

(4)四原色模型

与当时的主流理论不同，在1878年，德国生理学家Ewald Hering提出了四原色理论。这四种原色是红、绿、蓝、黄。

Hering当时提出的理论，是“六”原色而不是四原色。他假定，有三种感光细胞，分别感应“黑-白”颜色对，“红-绿”颜色对和“黄-蓝”颜色对，每个色对中的两种颜色被称为对立色。这每种细胞的工作原理都是一样。比如对红色，专门感受“红-绿”的细胞将做出“异化”反应，我们这里可以认为是细胞受到一个负向的刺激作用；而对于绿色，这种细胞将做出正向的反应，称为”同化“反应。稍加分析，”黑白“对就被放弃了，因为对白光-这是一种复合光，和黑光-这明显是没有足够光照，做出一种复杂的假设，对物理民科而言，是既不需要也难以接受的。

Fig 4.“六”色理论中的色对。

而红绿蓝黄四种颜色的假说则被保留下来，因为这个模型有一个极其重要的实际事实支撑：色盲和色弱的出现者分为三类：红-绿色盲、蓝-黄色盲、全色盲（既不能感受红-绿，也不能感受黄-蓝，只有黑-灰-白的感受）。这个事实非常容易用Hering的理论解释，而使用三原色模型则很困难：毕竟没有专门的红色盲、绿色盲和蓝色盲。

 

现在我们接受的模型，是三原色和四原色理论的结合：既能解释人眼内有三种感受颜色的锥状细胞这一事实，也能解释色盲的问题。

(以上图片来自网络）

（我原版的图书丢失了，很多讲法都是查自网络，讲法不一定准确，望读者见谅。）

 

 

色系列（8），色系列（7），色系列（6）

 

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