给孩子最好的科学教育
本文转载自公众号“环球科学ScientificAmerican”（ID：huanqiukexue）
撰文 怡若乐
编辑 丁家琦
小学美术课告诉我们三原色是红黄蓝，初中物理课又告诉我们光的三原色是红绿蓝，为什么偏偏都是三种？这两套三原色为什么又不一样？它们之间有关系吗？今天我们就来解答一下这个问题。
光学三原色：色光加色混合法
颜料三原色：颜料减色混合法
我们看到的“颜色”，到底是什么？
颜色就是不同波长的可见光投射到我们的视网膜里，被视网膜感知后在大脑里产生不同的反应。为了区分不同的色光，视网膜背后的感光细胞肯定不能只有一种，不然我们看到的世界就只有一种深浅不同的颜色了，就像黑白照片一样。
实际上，我们人眼用于区分色光的细胞（即视锥细胞）有三种，每种只对特定波长范围的光敏感：
第一种对长波长可见光敏感，叫做L（long）视锥细胞；
第二种对中波长可见光敏感，叫做M（medium）视锥细胞；
第三种对短波长可见光敏感，叫做S（short）视锥细胞。
三种视锥细胞对光谱中不同波长光的响应见下图，几乎能覆盖可见光领域。
这样，眼睛在接收任一波长的可见光时，都能不同程度地激活一种到两种，甚至三种视锥细胞，它们产生的信号叠加起来，形成了我们感受到的颜色。
但这样一来，聪明的读者可能就注意到了一个问题：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，那它看起来和绿光与红光两种单色光的某种叠加有何区别呢？
答案是，没区别——在人眼看来。这就是为什么在人眼看来绿光+红光=黄光，蓝光+绿光=浅蓝光，三原色与色光叠加原理都是我们人眼的这三种视锥细胞带来的。
早在上世纪初，亥姆霍兹等人在还不知道视锥细胞存在的情况下就提出了视觉的三原色学说，设想在视网膜中存在着分别对红、绿、蓝的光线特别敏感的三种细胞或相应的三种感光色素，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，在中枢引起介于此二原色之间的色觉。
这种假说得到实验证实之后，反过来又被科学家用来开发电子显示屏——我们从电视、电脑、手机屏幕上看到的彩色图像，就是红绿蓝三原色色光经不同程度叠加产生的，所以一旦你凑近了仔细看彩色电子屏幕，就能看到红绿蓝颜色的颗粒（在老式的电视机上更容易看到，如果对着苹果的Retina屏找，你可能就要瞎了……）。
显示器采用色光加色混合法三原色：红绿蓝
那为什么颜料的三原色与光不同呢？
这是因为颜料的叠加原理与色光的叠加原理不同。
颜料之所以呈现出特定的颜色，不是因为它本身发出了该颜色的光，而是它吸收了其他色光，而颜料的叠加，也就是吸收的叠加。
举个栗子：黄色颜料反射了红光和绿光（红光与绿光的叠加在我们眼里就是黄光），而我们日常所用的蓝色颜料反射蓝光和绿光。把它们配在一起的时候，黄色颜料吸收了蓝色颜料所反射的蓝光，而蓝色颜料吸收了黄色颜料反射的红光，所以就只剩下了绿色光。一旦再叠加其他多种颜料，把所有的色光吸收殆尽，在我们眼前的就是一团漆黑了。
那会不会有少数人有两种或者四种视锥细胞？其他动物呢？
大多数人类拥有三种视锥细胞，但并不是每个人都能感受到三原色下的世界，有些患者其中一种或两种视锥细胞会出现缺陷，这就会导致色觉缺陷，称为色盲。色盲（color blindness）最先由英国化学家约翰·道尔顿详细描述，因而也叫道尔顿症（daltonism）。
色盲主要分红绿色盲、蓝黄色盲和全色盲。红绿色盲是最常见的色盲，患者无法分辨红色和绿色（看起来接近灰色或就是灰色），蓝黄色盲则无法分辨蓝色和黄色，全色盲最为稀少，患者只能看到像黑白照片一样不同灰度的世界。
色盲眼中的世界是什么样？下面这张图可能会给我们一个直观的印象。
@Johannes Ahlmann/Wiki Commons
左上是正常色觉的人看到的的彩色风车，右上和右下是红绿色盲患者看到的景象（严格来说红色盲和绿色盲并不一样，但症状是类似的），左下是蓝黄色盲看到的景象。
可以看到，红绿色盲的眼里没有红色和绿色，他们看到的“红色”和“绿色”只是偏蓝或偏黄的灰色。
不过，“正常视力”与“色盲”之间并不存在一个一刀切的分界线，辨色能力是个连续谱。
很多色盲患者都不是缺失了一种或多种视锥细胞，而是两种视锥细胞的敏感范围过于接近，从而减小了对三种颜色辨别的范围。这种情况比三种单色色盲更常见，并且会使颜色视觉具有更多变化的结果。
此外，界定一个人是否色盲也应取决于他/她的环境和职业需求：视觉设计师和珠宝鉴定师需要对颜色有敏锐的鉴定能力，但对记者而言要求就没有那么高了。
那怎么知道你是不是色盲呢？最常见的测试方法莫过于石原氏色盲测验了。也许我们体检的时候都有测过这一项，医生给你拿出一张这样色彩斑斓的图片，色觉正常的人和色盲患者看到的图案会不同。如下图，色觉正常的人看到的数字是74，而色盲患者看到的就是21。
有超过三种颜色视觉是怎样的体验？
既然拥有三种视锥细胞的“正常人”能比色盲患者看到更多的颜色，那会不会存在拥有四种甚至以上色觉的人？澳大利亚艺术家孔切塔·安蒂科（Concetta Antico）就是这样一位“四色视者”。
@ConcettaAntico.com
经研究人员测定，她的第四种视锥细胞的敏感波段大约在红色与橙色之间，她看到的颜色据说能比普通人多百倍。她的艺术创作，正是为了将自己看到的斑斓的世界传达给我们普通的三色视者。
安蒂科笔下的树与（三色视觉者眼中）真实场景对比。
@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。
@《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。
