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黄 + 蓝 = 绿?不一定,你可能还会看到「不可能」的颜色

图片:把科学带回家 / 知乎

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今天的故事需要调用你最大程度的想象力。先拿一瓶娃哈哈搬个小板凳坐好。

我们人类能看见彩虹色,赤橙黄绿青蓝紫嘛,一点也不稀奇。我们也可以看到它们的混合色,比如红颜料 + 绿颜料就是棕色,黄颜料 + 蓝颜料就是绿色。你可能会觉得,这又有什么呢?

没错,你有没有曾经质疑过这个看起来是常识的现象呢?为什么红 + 绿总是棕色,而不是红的绿色,或绿的红色?黄 + 蓝总是绿色,而不是黄的蓝色,或蓝的黄色?

你或许会开始笑了,这个问题也太傻了吧,世界上怎么可能有红的绿色,黄的蓝色呢?这些颜色根本不可能存在啊!

这就是问题了…为什么它们不可能存在呢?

这并不是一个愚蠢的问题。科学家们认为,红的绿色,黄的蓝色不能够存在是因为它们违反了一个经典的理论,就好像出现了超光速的物质一样是不现实的。一些人还给这些不可能的颜色取了个名字——禁色(forbidden color)。

禁色为什么不可能存在?

先从眼睛说起。眼睛里面接收光线的有两类长在视网膜上的细胞,分别叫做视锥细胞视杆细胞

视锥细胞的功能主要是看光线的颜色;视杆细胞几乎看不到颜色,主要是用来分辨明暗程度的。

视锥细胞也分成 3 类:红、绿、蓝。

▲ 上面的 3 条曲线对应着 3 类视锥细胞对不同色光的反应。下面一行是可见光的光谱。

我们知道可见光按照波长可以被画成一个光谱,我们看到的彩虹的颜色正好对应着这个光谱。根据这个光谱,每种视锥细胞对某种特定波长的光有特别强的反应,对附近的光反应弱一些,对遥远的光几乎没有反应(红视锥细胞除外)。

你可以把这 3 类视锥细胞想象成红光、绿光和蓝光的粉丝团。绿光的粉丝团最喜欢绿光,绿光来了它们就会疯狂地打 call,哭着说“看我啊看我啊,你的小可爱在这里”...

如果蓝光来了,它们的反应就比较冷漠。

所以我们能看到红绿蓝颜色之外的颜色是怎么回事?

先以黄色为例。

如果你看到了黄色,实际上有 2 种可能性,一种情况是你真的看到了黄光;另一种情况是你同时看到了红光和绿光,黄色是被你脑补出来的。

我们的视锥细胞里没有黄光的粉丝团。如果黄光照到了视锥细胞上,那么红光和绿光的粉丝团都会小激动一下,然后大脑就会让我们看见黄色。

黄光可以同时激活红光和绿光的粉丝团,那么如果一束由红光和绿光组成的光线照到眼睛里,激活的不也是它俩吗?那我们看到的不也是黄色吗?的确如此。

▲ 绿光 + 红光变成了黄色,这黄色其实是你脑补的。其实蓝光 + 绿光的青色,以及蓝光 + 红光的紫色,也是你脑补的,自然光谱里没有图中的青色和紫色

你可能还会表示不服——为什么把红色颜料和绿色颜料混合,看起来是棕色,而不是黄色呢?

这是因为…棕色是一种亮度更低的黄色。

红色颜料能反射红光,吸收其他颜色的光线。绿色颜料能反射绿光,吸收其他颜色的光线。它俩合起来以后,红光绿光之外的光线自然基本都被吸收了,而红色颜料会吸收一部分绿光,绿色颜料会吸收一部分红光,所以它俩相当于互相把对方的颜色调暗了。

变暗的红光和绿光合在一起,在人眼看来还是黄色,只不过是更暗淡的黄色,你的大脑告诉你这叫做棕色。

还不信?

打开电脑的调色板,在 RGB 格式中输入(255,255,0),你会看到黄色。现在把黄色的亮度降低,比如输入(60,60,0),你就会看到棕色。

▲ RGB(255,255,0)是黄色(左),RGB(60,60,0)是一种亮度更低的黄色,或者说棕色

注意到了吗,红,绿,蓝的英文分别是 Red、Green、Blue,首字母缩写恰好就是 RGB。是的,这不是个巧合,计算机 RGB 显色系统就是利用人类的 RGB 视锥细胞可以呈现人能看到的任何颜色的原理。

▲ 计算机 RGB 显色系统中一些颜色是如何被 3 原色——红绿蓝调出来的。

在计算机的 RGB 色彩系统里,括号里的 3 个数字分别对应着红、绿、蓝的强度。因此没有蓝色,而红色和绿色强度一样的情况下,你就会看到黄色。如果红色和绿色的强度变弱,你就会看到棕色。

如果你再翻出可见光光谱出来,你就会看到,黄光不正好就在绿光和红光之间吗?难道说大脑给做了个平均?

那不对啊,蓝光加红光不是紫色么,不可能是它俩的平均值绿色啊?而且彩虹里的紫色是怎么来的呢,紫色不是在光谱的最边上么,它不是只有蓝光的粉丝团稀罕么?

没错,在人眼中,蓝光 + 红光的确是紫色,而比蓝光的波长还短的紫光在我们眼里也是紫色。其实吧,你看到的紫色也有 2 种,一种是真的紫光,一种是你脑补出来的紫色。

这是怎么回事?

实际上,红光的粉丝团其实还偷偷喜欢紫光,它其实也会对光谱中紫色区域的光线有些反应。

也就是说,真正的紫光照射到视网膜上以后,不光蓝光的粉丝团会很激动,红光的粉丝团的内心也有波澜。因此你才会看到紫色。

这就是为什么,如果把蓝光和红光混在一起,你就会看到紫色,而不是光谱中蓝光和红光中间的任何颜色。但这并不是说你真的看到了紫光,你的眼睛实际上被骗了。

说到这里你应该明白彩虹色都是怎么被我们看见的了。可是最初的问题还是没有解决。

教科书里说,人类不可能同时看到红 + 绿,黄 + 蓝,或者说禁色,这是因为拮抗理论(opponent-processing model)的存在。

拮抗理论说,虽然人的视锥细胞的确能看到红绿蓝,但是从视锥细胞往上,人的大脑里用来看颜色的只有 2 个表:红 / 绿,和黄 / 蓝。

你可以把红 / 绿表想象成一根温度计,红色就是零上,绿色就是零下,又有红又有绿就相互抵消变成 0。黄 / 蓝表也是一样。这两个表一搭配,大脑就能读取所有的可见光。

▲ 拮抗理论说大脑里有 2 个表:红 / 绿表,和黄 / 蓝表;人能看到的色彩都可以用这两个表的取值来表示。

红 / 绿表不能同时指示红和绿,就像温度计不能同时显示 2 个数字一样,因此拮抗理论说不能同时看到又绿又红而不是黄色的颜色(或又黄又蓝而不是绿)。

可是拮抗理论还是无法完全解释,为什么绿光 + 蓝光使人看到自然光谱里没有的青色,而红光 + 绿光以后,我们非得看到自然光谱里有的黄色,而不是另一种新的颜色呢?

一个名叫 Hewitt Crane 的科学家和小伙伴 Thomas Piantanida 开始尝试创造禁色。1983 年的时候,他们说他们成功了。

他们的方法就是把红和绿,或蓝和黄并排放在一起,然后通过一个复杂的机器,使同样的颜色总是照射在视网膜的同一个地方。

▲ Crane 和 Piantanida 创造禁色时使用的图案,它们被投射在视网膜的固定位置上

参与实验的人说他们看见两个颜色之间的分界线消失了,红色和绿色汇合到了一起,但他们看见的不是黄色或棕色,而是一种从未见过的神奇的新颜色。

一开始,其他科学家们的反应是受到了惊吓,因为这击碎了他们在教科书上学到的拮抗理论的基本原理。

但是后来一些人重复出了禁色,而且参加实验的不是一般人,而是一群从事视觉研究,对拮抗理论了如指掌的科学家。

现在有越来越多的开始人相信,禁色是可能存在的。用了 50 年的教科书,以后可能要被改写了。

想真正看到禁色需要氪金上面提到的复杂的器材。普通玩家的你如果想看到禁色,可以尽量让眼睛斗鸡地盯着下面的图,使左右 2 个 + 重合。研究禁色的科学家们表示这种方法可以让一些人看到禁色。

开心点啊斗鸡眼,虽然你平时看东西都乘以 2,但是你可以看到我们凡人看不到的颜色啊!

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图片来源:giphy, wikipedia,Photography of the Invisible World,Softpedia News

参考资料:

Bowmaker, J.K., & Dartnall, H.J.A. Visual pigments of rods and cones in a human retina. Journal of Physiology, 298, 1980, 501-511.

Bernstein,D.A. (2011). Essentials of psychology. Belmont, CA: Wadsworth, Cengage Learning.

Crane, Hewitt D.; Piantanida, Thomas P. (1983). "On Seeing Reddish Green and Yellowish Blue". Science. 221 (4615): 1078–80.

Hsieh, P.-J.; Tse, P. U. (2006). "Illusory color mixing upon perceptual fading and filling-in does not result in "forbidden colors"". Vision Research. 46 (14): 2251–8.

scientificamerican.com/

colorado.edu/physics/ph

faculty.washington.edu/

livescience.com/17948-r

downloadtheuniverse.com

hubel.med.harvard.edu/b

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