颜色的前世今生1·一切从光开始

　　还是从我们系的经典段子开始吧。

　　话说某师兄去中科院保研的面试上，台下老师问了一个问题："为什么天空是蓝色的?"

　　答曰："因为海是蓝色的!"

　　老师无语："这是文科生的答案，请给我一个理科生的答案。。。"

　　据说后来这个问题已经成了保研面试的经典问题，每年必问。

　　当年老师把这段子讲到这儿，台下的我们都笑翻了。

　　其实这个问题的标准答案是"瑞利散射"。

　　不过为什么是瑞利散射，还要从颜色的本质说起。

　　颜色的本质是光。

　　光的本质是能量。

　　(当然，其实在我这样的理科生看来，这个世界上一切东西的本质都是能量，宇宙、山川河流、资本、情绪、你和我。呵呵，扯远了～)

　　更具体一些，光的本质是电磁波，并且仅仅是电磁波长长的波谱中的一小段。

　　在波长380nm到780nm的范围里的电磁波，能量可以被人眼接收。因此在这个意义上讨论时，往往把光称为"可见光"。

　　(难道还有"不可见光"么?这个名字其实很容易引起人的误读。我猜，主要是因为"光是电磁波"这句话没什么问题，但说"电磁波是光"就不对了，因为电磁波并不都是可见的。为了表达这个纠结的意思，为了让"光"跟一票黑乎乎的电磁波兄弟——什么射线啊，微波啊——区别开，叫了这个纠结的名字!)

　　从图上看，从480nm到780nm的光谱里，所拥有的颜色就是彩虹的颜色——当然了，彩虹就是从太阳光里折射出来的嘛。

　　不过，彩虹里只有饱和度很高的赤橙黄绿青蓝紫，其他常见的颜色呢?褐色呢?粉红呢?紫红呢?尤其可疑的是，白色和黑色呢?

　　所以，这条彩带上的颜色，是所有可见光的颜色。可并不是我们所能看到的所有颜色。

　　它们被称为"光谱色"。

　　意思就是，单一波长的光，所形成的颜色。

　　比如，如果我用光栅把550nm的光单独分离出来，看到的，就是非常饱和、非常耀目的绿色。

　　(想想那种绿色的激光笔，没错，就是那种绿!)

　　这是人类目前(恐怕包括以后)，所能见到的，最纯粹最纯粹的一种颜色。

　　所以，单一波长的光，又叫单色光。它的颜色是不可再次分离的。

　　那如果我把它们混合到一起呢?如果改变它们的比例呢?黑色和白色又是怎么回事?

　　很好，事情开始复杂了。

　　下次再见。

　　我从小就对颜色着迷。

　　但颜色又如此复杂，如此神秘，已经成为我心中的一个大大的谜团。

　　现在终于下定决心把这个题目好好写写，一解心中多年迷惑。

　　不知道要写多久，希望我能坚持。加油!

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　　颜色的前世今生2·光的叠加

　　上帝说，要有光，于是有了光～～

　　为啥早早把光造在前面呢，因为没有光啥也看不见啊，造出来木有啥用。。。开个玩笑，大家表拍我。。。

　　咱继续。

　　光照在物体上，物体反射回来的光，被人眼接受，视觉细胞产生响应信号，视觉神经把信号传递给大脑，大脑经过信号处理后，得出物体的相关信息：位置、大小、形状、质地，以及颜色。

　　不同的物体对光谱的反射、吸收性能不同，形成了不同的能量谱。不同的能量谱进入人眼，从而感知到不同的颜色。

　　看一下上面柠檬的反射谱，这条曲线是用仪器能测到的、柠檬反射回来的光的分布曲线。虽然柠檬是黄色的，但其实并不只是反射黄色的光谱，反而从蓝色到红色都有反射。

　　就是说，我们看到的柠檬的黄色里，其实包含了蓝色、绿色、黄色和红色。黄色是最后大脑的一个整体的印象，是所有接收到的光的叠加效果。(另外再罗嗦一下，如果真的只有黄色会怎么样呢?这个时候柠檬就会黄得非常鲜艳，以至于显得很假。就是因为它的颜色太单一了，缺少这种叠加效应产生的那种柔和自然的感觉。绿色激光笔可真是个好例子，你什么时候见过自然界有那种诡异的绿色?)

　　人脑的信息处理能力是相当强大的，瞄一眼，就知道能量是怎么分布的了。甚至我们都没有意识到这一点，大脑在跟我们说："看啊看啊，它的能量分布是这样的，这样的，还有这样的～"我们瞟了一眼，"哦，黄色。"

　　不过，黄色和黄色也是不一样的。同一个柠檬，不同的位置，颜色也不会完全一样。同一个位置，不同的光线条件，颜色也不会完全一样。

　　红色光多一点，就是桔黄色;蓝色光多一点，就是黄绿色;向着光源的地方比较亮，黄色会发白，明度上升，饱和度下降;背着光的地方，黄色发灰，明度下降，饱和度也下降。

　　他们本质上的区别，就是能量谱的不同。如果两条光谱曲线是一模一样的，可以完全重合的，那么可以说它们形成的颜色是完全一样的。(虽然但这样的情况在现实生活中着实少见。)

　　不过，在我们发现能量谱这个本质问题之前，人类已经为如何表述颜色困惑许久了。虽然不同的颜色已经有不同的名字了，但还是有很多不便之处。简单的说，买个颜料就很费劲啊～

　　--"老板，我要茜红色。"

　　--"哪。"

　　-- "茜红色哪是这个颜色啊?!这明明是胭脂红!"

　　-- "那你说茜红是什么样的?我家茜红就这样!"

　　。。。为了避免这样的悲剧反复发生，一些聪明人就开始想办法把所有的颜色都编上号。用数字来表示颜色，然后印一本标准色卡，用的人一人发一本，这下就不用怕有这种分歧了。包括现在你去买家具什么的，厂家都会有这样的色卡，你想改成什么颜色，就在色卡里挑一种喜欢的就好。

　　不过，厂家提供的是比较有限的颜色，因为他的配方都经过反复试验固定下来了，就那么几种可选的。这样有限的颜色怎么能满足科学家的求知欲呢，呵呵～通过对颜色特点的观察，许多科学家都发现，颜色主要有三个特性，色相、明度、饱和度。如果用三个坐标来表示这三个特点，就可以在一个三维空间里把所有的颜色都标上号。

　　这个办法，后来被叫做表色体系方案。其中最著名的，当然是孟塞尔的色立体，影响至今。

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　　颜色的前世今生3·色彩体系

　　为了方便的对颜色进行交流和使用，人类早早开始对"标准颜色"，或者说"颜色的标准"进行探索。

　　三百多年前，一位瑞典科学家(也许是位博物学家)Richard Waller发表了《简单色与混合色表》，一共有119种颜色，由浅至深排列。主要用于给自然界发现的物体描述颜色。使用者将实物与色表对比，就可以确定所观察对象的颜色名称了。同一时期还有其它科学家创建的色表，因为没有找到图，就不一一列举了。

　　图片来源："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

　　(这样采用肉眼和标准色对比的方法，来进行颜色描述的方法，被称为"对比色法"，在能量谱被发现之前的这段历史中，一直是唯一靠谱的表色法。)

　　Waller的色表表明，在那个时候，人们就已经意识到了简单色可以混合出混合色(即中间色)。但是用色表这种二维表格的表现形式，颜色之间的过渡、关联关系并不明显。

　　还有没有更有逻辑的、更容易记忆的、不会把人搞晕的表色法啊?

　　有了!横空出世的伟大科学家牛顿，发现了白光可以用棱镜分离出彩虹色(年代稍后，《Opticks》一书发表于1704年)。从此开始了更科学、更精准的颜色研究之旅。

　　这部分先按下不表，先说说牛顿的另一大天才想法：

　　把直线排列的彩虹色带变成了色轮!

　　从此蓝色和红色首尾相接，中间增加了紫红色。蓝色红色之间的大段空白被衔接上了，色彩之间的关联更加直观。不但所有能明显识别出来的色相都标注在色轮里，还有了种轮回的哲学意味。

　　(所谓色相，就是颜色的主基调，就是能叫出名字来的红黄绿兰紫。黑白两色不算，原因以后会详细讨论。)

　　(另外再八卦一下，紫红色是唯一没有光谱色的颜色，就是说，没有任何一种单色光能形成紫红色这种色相。但凡见到紫红色，它一定是蓝色和红色的混合。这难道是大家都认为紫红色是种神秘的颜色的原因?呵呵!)

　　看看这个牛顿色环的彩图，多古典啊。。。爱死这样的风格了!

　　图片来源： [C. B.] Traité de la peinture en mignature (The Hague, 1708).

　　且慢，这里仍然只有彩虹色(虽然增加了一个紫红色——嗯，话说图上的紫红怎么更像粉红?褪色了?)，仍然没