什么是颜色？

12-11

颜色是否是一种物质？如果是，为什么每种物质上都有这种物质。如果不是，那是什么。

如果是说不同的物质能够吸收（或者折射）不同的光。而光只是一种介质，并且能在大脑中映射出不同的颜色。
那么，
1. 物体上能够吸收（或者折射）光的物质是什么？是光照射到物质的分子时被改变了？还是光照射到物质的原子时被改变了？还是怎么着被改变了？
2. 为什么不同的光能够在大脑中形成不同的“颜色”这种概念？忽然对颜色很恐惧，不知道这是什么玩意儿！

其实，我们生活中所说的颜色和天体物理中光谱中可见光的颜色并不是严格对等的。实际上，存在两种颜色的定义：

自然界中的颜色：

单色：严格对应波长，实际上所谓的不同的颜色就是可见光电磁波的不同波长（或者能量不同）的光子。比如波长为550nm的光子、波长为700 nm的光子...
混合色：不同光子的混合结果，实际上是一个希尔伯特空间…… 可以是离散的，也可以是连续的，比如：1万个350nm的光子和3万个600nm的光子再加5千个800nm的光子混合成的颜色，就是离散的；再比如温度为8000 K的黑体的颜色，就是连续的，因为这个黑体会发出各个波长的光子，他们强度分布可以用普朗克公式来表示。

人眼感知的颜色

下图显示了人眼对整个可见光谱的感知。因为人眼视网膜上，主要负责感知色彩的视锥细胞对不同波长的光子的感知并不相同，存在一个相应的范围。如下图（自 http://CUDO.jp），

而人眼对不同波长的感知能力可以用下图中的白色曲线来表示。白线对应的值越高，表示人眼对此波段的光子的感知越灵敏。人眼把S那条线感受到的光子都认知为蓝色、把M那天线的认知为绿色、把L那天线对应的认知为红色。

（图片来自 wikipedia）

你注意到了吗？实际上，上述的三种颜色：蓝、绿和红色（RGB）正是我们所知道的三原色。所以，事实上，你只能看到三种颜色：蓝绿红！等等……事实不是这样啊！我们的世界明明丰富多次啊？？你怎么在这里瞎扯？其实，你看到的多种多样的颜色是这三种颜色组合在一起的结果。这三种颜色好比一个三维空间里的三个坐标，你把他们不同程度的组合起来，就可以形成各种各样的颜色。实际上，他们形成了一个3D的色彩空间，如下图，空间中每一个点都代表了一种颜色。

（图片节选自youtube视频 https://www.youtube.com/watch?v=x0-qoXOCOow）

所以你看到的颜色其实就是人眼在对蓝绿红这三种光子的测量（实际上是一段响应曲线，而不是纯粹的单色响应），然后线性的叠加而已，如果你的线性代数还没有丢掉的话，你可以理解为，以蓝、绿、红为三个基矢量，你可以组成一个三维的线性空间，而你看到的颜色是这个空间中的某个点，也就你的蓝绿红三种视锥细胞测量到的强度的线性叠加而已！

其实我们的RGB显示器就是运用了这个原理，从而得已显示出不同的色彩。所以，很多颜色在自然界中并不是真实存在的，在上述的三维色度空间里，每一个颜色只是蓝绿红这三种光的相对强度的组合！！夸张点，这些美丽的颜色中很大一部分其实只是你的脑补而已……

当然，人眼并不是万能的。也就是说，你的视锥细胞的感应光子的能力存在一个范围，也就是到达某个强度或者低于某个强度就超过了它的能力范围。因此，我们可以说，人眼视锥细胞的响应也存在饱和以及最低响应值：蓝、绿和红不可能无限的亮。因此，人类的感知只是这个三维色度空间里的一个有限空间区域。人类只能感受到这个区域内的色彩。这也是CIE定义出他们最有名的CIE色表的来源。那么如何从人类感知的颜色对应到这个物理世界真实的颜色呢？Commission internationale de l"éclairage，也就是国际照明委员会根据人眼对色彩的响应曲线，把上面的三维空间变换到二维，做出了著名的CIE二维色度图。变换的过程可以参考下图，

（图片节选自youtube视频 https://www.youtube.com/watch?v=x0-qoXOCOow）

这二维的平面涵盖了人眼能看到的所有颜色（再次强调：实际上上述的三维色彩空间里有很大一部分是人眼无法识别的颜色，因为人眼视锥细胞的感光能力是有限的！）。最终，就形成了下面的CIE图，此图是1976年的修改标准，该图最早由1931年提出。

（图片来自：http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/）

那么我们回头再看来，如何表示出人眼中某个波长的光子的“颜色”呢？你还记得前面图中的人眼三种视锥细胞对不同波长的响应曲线吧？当你要测量某个光子的“颜色”时，你只需要把那个波长处的三种视锥细胞的响应曲线的响应率分别乘以此波段的光的强度。那么你就会得到三个数值，也就是三维色度空间里的坐标（s, m, l），这时候，你就得到了这个光子的颜色。通过这样的方法，当你把每个波长的光子的结果都计算出来之后，你最终会计算出一条曲线（也就是上图中的这个舌形图的边，你可以注意到上面标注了很多数字，从380-780 nm，就代表了这个波长的光子的颜色）。这些颜色可以近似代表自然界中真实的单色光的“颜色”。

除此之外，你还可以计算出色温曲线。如果你还记得黑体这个概念的话，不同温度会给出不同的能谱分布，如下图，不同的能谱分布中，蓝、绿和红色的相对强度不同。

（图片来自：Croatian-English Chemistry Dictionary Glossary）
那么同样通过数学的运算，你可以计算出不同温度黑体在人眼中所反映出的“颜色”。就是图中间的那条曲线。太阳的温度是～6000K，于是我们可以对应出来，太阳是白色（偏一点点黄）。]

然而，还需要提到的是，上面说的是物体发出的光，比如太阳（黄白色），还有你的显示器。那么绿叶的颜色又是怎么回事？白纸呢？白种人为什么那么白？黑人为什么那么黑？因为他们不发光。所以，其实他们的颜色只是他们反射的光中蓝绿红这三种光的相对强度的组合！！因此，对于反光的物体来说，光源的颜色覆盖很重要。这也是为什么我们使用日光灯或者白光灯的原因。试想一下，如果你用绿光灯，你还能看到丰富多彩的衣服和图画吗？

除此之外，只得一提的是，汉语里的紫色其实是一个比较模糊的概念，既可以对英语英语里的violet，也可以是purple。严格来说，violet更接近比蓝波波长更短的颜色，也就是红和绿都很少，而蓝色也很弱的情形。相当于黑中加了点蓝的感觉。而紫色则是纯粹的脑补大红＋大蓝而已。因此紫色（purple）并不是真实的颜色，自然界的光谱中并不存在purple。那么violet呢？虽然它是在光谱中确实存在的颜色，但是你看到的violet并不是“真实”的，我们再来看一副更精确的视锥细胞响应曲线

（图片来自http://weeklysciencequiz.blogspot.com）

或者为了更加严谨，我们来看看论文里实际的测量曲线：

（图来自 Stockman et al 1993, The Journal of the Optical Society of America, 图15）

注意到了吗？实际上在比蓝光中较短的波段红色视锥细胞的响应也比较突出，大概是0.1，而蓝色大概是0.7-0.8。因此，你看到的violet也是蓝+红组合的结果。但是，如果你强调的是，violet是波长为380nm左右的光子的颜色，那么这样的顶一下，这个颜色确实是存在的。只是，你看到的violet的颜色并不是真实的violet的颜色。毕竟，真实的情况就是蓝＋红的组合而已。试想一下，如果红色的视锥细胞在380nm处没有一个略强的响应度，那么我们看到的彩虹最终只会止于蓝色而已。有趣的是，蜜蜂短波的响应曲线的峰值在340nm左右，也就是他们能够真正看到我们所看到的“violet”。其实自然界中的很多动物都可以，而且不同的动物对不同波长的光的感知能力并不相同。所以你们眼中的世界的色彩都是不一样的。现实中还存在有四种颜色感应器的生物，我们称之为四色觉，相关内容请看这个知乎回答：众所周知有「色弱」的人，那是否有「色强」的人呢？ - Jack Wang 的回答，因为他们的色度空间是思维的，所以他们的世界比我们的要绚烂的多，但是我们永远也不会知道他们眼中的世界究竟是怎么样的。打个不恰当的比喻，好比三维空间的生物永远也无法想象四维空间的生物是什么样的。

最后我们可以开一个脑洞，除了人类以外，我们完全可以把蓝色，绿色和红色这三个原色互换，其实他们只是大脑为了辨认颜色而做的区分而已，我们完全可以变让他们让绿色对应的光子在大脑中显示出蓝色，“红色光子”显示出绿色，“蓝色光子”显示出红色。这样一来，天空中的太阳仍旧是白色，然而树叶都是蓝色了……天空也变成了红色……晚霞变成了绿色…… 哈哈哈....

薛定谔的《生命是什么》第二部分第六章就是在说这个问题。

感知的奥秘
在最后一章中，我想就阿布德拉的德谟克里特的著名论断中涉及到的两个方面进行详细的论证。我们知道他的理论中已经注意到了这样的奇怪情况：一方面，无论是来自日常生活的知识，还是在精心准备的实验中获取的知识，我们都是依赖直接的感知来了解周围的世界；另一方面，我们获得的这类知识，并没有揭示感知与外部世界的联系。因此，我们对外部世界的认识以及由这种认识所建构起来的模式中没有任何关于感知的成分。尽管以上论断中的前一部分得到了所有人的认可与接受，但是第二部分的含义却往往被人忽略。这是因为，我们对科学的崇尚由来已久，我们始终坚信一点，凭借“非常精密的方法”，科学家可以认清楚那些自身永远无法被人认识的事物。

黄色光是什么，如果你问的是一名物理学家，那么他会告诉你它是一种波长在590纳米（一纳米为十亿分之一米）范围内的横向电磁波。黄色来自何处，如果你继续问他这样的问题，那么他会说：其实根本不存在黄色，只是由于我们健康的视网膜接触到这些振动的时候，自动就会产生黄色的感觉。如果你没有就此停止，继续询问关于黄色的问题，他就会说，当波长为800~400纳米时才会出现黄色的感觉，不同的波长会产生不同的色彩感，但并不是所有波长的光线都是这样的。在物理学家看来，超过800纳米的红外线、不足400纳米的紫外线与人眼能感受到的800~400纳米的光波是基本相同的现象。那么，眼睛对光的特殊选择是怎样产生的呢？很明显，这是对太阳辐射的一种适应。在光波的这个波长区域，阳光是最强烈的，慢慢地到两端变得弱化。由于黄色正好在阳光辐射最强的峰值区域内，因此它是眼睛感受到的最亮的光。

除此之外，我们还会继续问道：黄色的视觉印象是不是仅仅由波长邻近590纳米的光才会产生？事实上，答案不是这样的。760纳米的光波能产生红色，535纳米的光波能产生绿色。将这两种颜色的光波按照一定的比例混合起来，也会产生黄色的光波。这种黄色的光波与590纳米处的黄色光波在视觉上的感觉其实是一样的。它们在单色光照和混合光照下看起来完全是一样的，无法区别彼此。我们是不是可以通过波长对色觉预先作出一个判断呢？也就是说，色觉与光波的客观物理性质是不是存在一定的数值联系呢？答案是否定的。因为诸如此类的混合光图，就是我们所说的色三角形，都是通过实验发现的，但是波长只是其中的一个因素，并不是全部因素。像这样的光谱中两种光混合产生的波长，位于其中的光并不是普遍性的规律。比如，将光谱两端的红色和蓝色混合，产生的紫色并不是光谱中的任何一种单色光。并且，混合光图和色三角形对于不同的人来说，所产生的感觉是稍微有所不同的，而那些非色盲人群但对三色视觉异常的人与平常人对此的感觉也是不一样的。

对于色彩感的产生，物理学家想通过对光波的客观描述来解释其原因，但是最终没有成功。我们是不是可以把解释色彩感的产生寄托于生理学家呢？如果他们对于视网膜的变化过程以及在这个变化过程中视神经与大脑内部的相互反应，有着充分的了解与把握，是不是就可以解释色彩感的产生了呢？就我个人而言，并不认为生理学家可以解释这种原因。我们可以掌握在某个特定方向或某个特定视觉感受范围内，大脑对于黄色出现时发生的变化，哪些神经纤维被激发，以什么样的频率被激发，或许它们在特定脑细胞中引起的变化过程，我们通过各种技术或操作也可以捕捉到。但是，即便这样，我们还是对色彩感觉或某特定方向的黄色感觉是怎样产生的一无所知。像其他的味觉，比如甜的或其他感觉，我们对于这样的生理过程的了解也是一样的。我只想说，就像对电磁波的客观描述中不包含电磁波的特征解释一样，对于“黄色”、“甜味”等这样生理感觉的特征解释，仅仅依靠对神经系统的变化过程进行客观描述是不行的。

其他的感觉对于我们来说，也是一样的。把刚刚研究过的色彩感与听觉作一个比较，这是一件非常有意思的事情。膨胀或收缩的弹性波通过空气，它们可以传到我们的耳朵中。声音的音高是由它们的波长或是频率决定的。我不告诉你们，你们也应该知道可听到的声音的频率范围与可见光的频率范围是很不相同的。声音的频率是从每秒12~16次到每秒20000~30000次，而光的范围则在几百万亿间。但是，相比较而言，声音的变化幅度要比光的更大，它包括十个八度变化，而可见光还不到一个。通常随着年龄的增长，音高的上限明显下降。这种变化因人而异，特别是随着年龄变化而不同。如果把几种频率不同的音混合后，它总是和某一中间频率的音单独产生的音高感觉相同，这是声音最为显著的特征。对于一般的人来说，大部分都是可以区分同时出现的重叠音调，对于那些音乐造诣很高的人来说更是如此。把不同强度、不同特点的较高单音混合起来，就会产生我们经常所说的音色。我们可以凭借音色的不同，来区分出到底是小提琴、军号还是教堂的铃声或钢琴等的演奏，即便只有一个音符。就连噪声也有自己的音色，我们可以通过音色来推断出正在发生的事情。甚至于我的狗对铁盒的开动声音也有了感觉，因为我偶尔在铁盒里面取出饼干喂它吃。在这些例子当中，重叠声音的频率比是最重要的因素。不管你将留声机的唱片播放速度加快还是减慢，你都可以分辨出它的曲调。因为重叠声音的频率比是以同样的比例变化的，因而不影响音色。然而，如果重叠声中某些声音的绝对频率发生变化的话，那么这样的情况就远不是上面所描述的了。记录人声的留声机，如果我们加快其唱片的播放速度，其中的元音会发生明显的变化，比如“car”中的“a”就变成了“care”中的元音。在一定的频率段内，连续的音无论是有先后顺序、此起彼伏，还是同时发出的，总是不悦耳的，就像警报声或尖叫的猫一样。同时发声这样的情况一般不容易做到，只有许多警笛一块鸣响，或者很多猫一起叫时才会出现这种情况。这一点与对光的感觉是完全不同的。一般情况下，我们所见到的色彩都是光的连续混合体所形成的效果。因此，无论在大自然还是在绘画中，我们都可以看到绚烂夺目的连续色彩层次。

我们可以通过对耳朵生理结构的了解来开始听觉特征的探讨。幸运的是，我们对耳朵生理机制的相关知识的掌握比对视网膜的了解丰富和准确得多。耳蜗是耳朵的主要器官，就像一种海生蜗牛的壳一样，它是蜷曲的管状骨。它的内部构造就像细小的螺旋式楼梯，越往上走越窄。弹性纤维就在这样的台阶上延伸，沿着楼梯蜿蜒伸展，便形成了我们所说的耳膜。耳膜的宽度随着“底部”向“顶部”的顺序不断减小。于是，耳膜就像竖琴或钢琴的琴弦，不同频率的振动接触到不同的耳纤维，就会作出不同的机械反应。耳膜的某一小区域，其间包括的纤维不只是一根，对于一个特定的音频作出反应；而耳膜的另一区域，其间包含着较短的纤维，它会对较高的音频作出反应。于是，人们所熟悉的神经刺激便由这些特定频率的机械振荡产生，它们会被传送到大脑皮层的特定区域。我们知道，所有神经系统的变化只与刺激强度有关系，它影响神经脉冲的频率，而其传导的过程却是完全相同的。

当然，情况也并不像我们所说的那样简单。倘若一个人实际拥有着区分音调与音色的区别的能力正如上文所述，那么一个物理学家就可以设计出很多种截然不同的耳朵，这其中自然包括人类耳朵本来的样子。如果在耳蜗中的每一根“弦”，只对相应的振荡区域的频率作出反应，那么这一切将会变得很简单。但是，事实上却不是这样。因为这些弦的振荡有衰减，如果强烈的话，就容易形成共鸣，而且共鸣的范围随着衰减程度的变化而变化。根据这个原理，物理学家想方设法地减少阻尼，然而这又会产生不好的结果。换句话说，声音的声波停止以后，我们所听到的声音还要持续一段时间，除非我们的耳蜗中的共鸣器停止活动，而共鸣器本身几乎不受阻尼。于是，我们在这种状态下可以区分音调的细微差异，但是却是以损失前后声音的辨别为代价而获得的。但是，我们的耳朵却可以将音调的差异与前后声音的分别有效地协调起来，这是我们至今还在迷惑的问题。

上面说到的这些细节问题，无疑让我们明白了，不管是物理学家还是生理学家，他们都没有把握住听觉的任何特点。任何这类描述都以同样的一句话结束：神经刺激传到大脑的某个特定区域，在那里它们被转化成了一系列的声音，这是任何物理学和生理学描述最后的结论。当耳鼓接触到空气中的压力变化产生震动时，这种变化可以被我们一一记录并仔细追随。通过这样的仔细研究，我们明白了声音首先是通过细小的骨头传到另一层膜，然后继续传递，进入到耳蜗内，而那里正有很多个长度不同的纤维等待着振动的到来。接着，耳蜗中一根振动的纤维通过某种方式与相联系的神经纤维建立了电磁和化学传导。这些我们都可以了解，甚至我们还能跟随这些传导一直到大脑皮层，进一步了解那里的客观情况。然而，无论我们怎么把握客观的情况，“如何转化成声音”对我们来说一直是一个未解的迷。它不在我们描述的科学画面中，而是隐藏在正在谈论大脑和耳朵的这个人的意识中。

用同样的方式，我们可以探讨味觉、嗅觉、触觉和知觉。嗅觉可以检测不同的气体，味觉可以判断不同的液体。它们可以对无限可能的刺激产生有限几种的感觉反应，这是与视觉相同的地方。就味觉来说，它的感觉主要有苦、甜、酸、咸和其一定的混合。就嗅觉来说，我个人认为它的感觉种类要比味觉丰富得多，尤其是某些动物的嗅觉非常灵敏，那是人类远远比不上的。在动物界中，不同的动物对物理和化学刺激的不同客观特性的感受是不同的。例如，蜜蜂的视力非常好，它可以看到紫外光；三色视觉对于它们而言是真实存在的。光的偏振相对于蜜蜂来说，其他生物对此的敏感程度远不及它。这种对光的偏振的极端敏感，可以帮助蜜蜂判断太阳的方向，尽管它们用以判断的方式在人类看起来是多么不可思议。这一事实不久前刚被慕尼黑的冯·弗里希发现。它们的判断方式之所以会使人们惊讶，是因为即便是完全偏振的光，人类也没有办法将其与普通的非偏振的光区别开来。对高频振动（超声波）的敏感使得蝙蝠可以自己发出超声波，像“雷达”那样帮助自己探测障碍物以避免撞在其上，其中蝙蝠对超声波的敏感超出了人类听觉范围的上限。而我们人类如果没有留意碰到一个非常冷的物体，会在瞬间觉得它很热，甚至手指上有烧灼的感觉。这是人类对冷热的感觉在一种极端的条件下表现出来的奇怪特征。

美国的化学家大约在二三十年前发现了一种奇怪的化合物。我虽然不记得它的化学名称，但是清楚地知道它是一种白色粉末。有些人觉得它很苦，而另一些人则觉得它无味。人们对这个现象展现出了极大的兴趣，纷纷对它进行了广泛深入的研究。人们经过研究发现，品尝这种特殊物质的人的味觉有某种特性，由于这种特性是与生俱来的，因此与其他的条件没有任何关系。更有意思的是，与血型特征的遗传相似，这种特性的遗传遵循了孟德尔法则。正如血型遗传一样，“试味员”或是“非试味员”的身上没有明显的优势或劣势。不过，在试味员身上的杂合子中发现，有两个“等位基因”的显性基因。我个人认为，偶然发现的这种物质是不可能独一无二的，但是这种“味道不同”的感觉现象却是非常普遍存在的现象。

现在，我们可以对光的产生及其物理学家是怎样发现它的客观特性来作一番总结性的探讨。迄今为止人们达成的共识是，原子核周围“做某种工作”的电子产生了光。电子既不是红色的，也不是蓝色的，更不是其他颜色；质子和氢原子的原子核，也是这样的情况。但是，按照物理学的观点，只要氢原子中的质子和电子结合，就会产生电磁辐射，这是一种分立的不同波长的辐射。电磁辐射在棱镜或光栅的分离下，观察者借助于某些生理过程，就会在其单色的成分中产生红、绿、蓝、紫的感觉。就我们对生理过程的了解，我们可以肯定地说，神经细胞不会经受刺激后而显示颜色。此外，神经细胞能不能够表现出灰色和白色，以及它的变化与外在的刺激是不是有直接关系，与个体伴随刺激产生的色彩感觉相比较的话，显得微不足道。

通过对发光氢蒸气光谱中某些位置上谱线的观察，我们可以对氢原子辐射及对这种辐射的客观物理性质有所了解。尽管我们通过这种方式获得了第一手知识，但是它却不是完整的知识。我们只有完全消除人们的主观感觉，才能获取关于辐射的完整知识；这一点在这个典型的例子中是值得我们继续研究的。关于波长的任何特性，颜色本身并不能提供给我们答案，这一点我们早就明白了。例如，假如没有分光镜的话，在物理学家看来可能不是“单色”的光谱线，可能在我们的感觉上看来却是黄颜色的光。实际上它是由许多不同的波长的光组成，只有依靠分光镜，特定波长的光才会在光谱特定的位置上会聚。可能光源不一定来自同一个方向或地方，但是无论它来自何处，在分光镜的同一位置上却显示着同一种颜色的光。但是即便这样，我们仍然无法从色彩的感觉中获取任何有价值的线索，于是我们对光的物理性质、波长以及其他特性至今没有一个定论。物理学家从来没有对人类的仅有的色彩区分能力感到满意。实际上，我们可以用波长来对颜色作出适当的规定，长波引起蓝色的感觉，短波引起红色的感觉等等，而所有这些感觉都是先验的。这种规定恰好与前面的说法相反。

想要充分了解来自任意光源的光的物理性质，利用一种特殊的分光镜--衍射光栅将光分解，这是我们必须采用的办法。有的人建议采用棱镜，这种做法是不行的。因为不同材料的棱镜有不同的折射度，所以我们无法预知不同波长的光被它折射到什么角度。更重要的一点是，由于波长越短，折射越强，所以通过棱镜你根本没有办法判断。

与棱镜相比，衍射光栅的原理是比较简单的。光是一种波动现象，这是我们假设的光的基本物理性质。在这个基础上，如果你可以测量出每英寸光栅中所包含的等间距沟槽的数量，那么你就可判断特定波长光的衍射的准确角度。所以反过来看的话，通过衍射角度和“光栅常数”就可推断出波长。在某些情况下，比如在塞曼和斯塔克效应中很明显，一些光谱线产生了偏振。对于这样的偏振，人的眼肉根本无法察觉。如果想要对它进行一番描述，可以在光通过的路径上放一个偏振仪--尼科尔棱镜，当然前提是必须在分解光束之前。沿着轴慢慢转动棱镜，当它转动到一个方向的时候，有一些谱线消失了，或者亮度减弱到最低；这就是完全或者部分的偏振方向。

假如这种技术可以完善的话，那么它的应用将会超过可见光的范围。闪烁蒸气的谱线远远超越了可见的区域，因此用肉眼是无法分辨出来的。就是这些谱线，它们汇集起来后就形成了无限的序列；并且每个序列的波长遵循着一个相对简单的数学规则。不管它们是否在可见光波的范围之内，这个数学规则对它们而言都是成立的。虽然这个规则是在实验室中首先发现的，但是它的相关理论已经在实验室之外，为大部分人所掌握。我们可以在可见光区域之外，设置一块显影板，它的作用就相当于人的眼睛。通过测量，波长的长度就可以得到了。第一步，我们要测量相邻沟槽之间的距离，也就是测量光栅常数；第二步，测量显影板上谱线的位置。这些步骤完成之后，我们就可以通过这些测量结果，再结合装置的已知体积，计算出折射的角度。

虽然以上方法是每一个人都知道的，但是它们几乎对所有的物理测量具有重要的意义，因此我想强调以下几点。

“随着测量技术的不断完善，日益精密的仪器将会逐渐替代观测者”，对于我在这里描述的情况，人们通常会得出这样的结论。然而，事实上并不是这样，观测者不是慢慢地被替代，而是自始至终都是被取代的。观察者对色彩的感觉，并不能为判断光的物理性质提供任何线索，这是前面我已经解释过的。在光栅和测量长度角度的装置问世之前，对于光的物理性质和成分，我们哪怕是最粗浅的了解也是不可能的。在我们获取关于光的特征的认知道路上，使用测量仪器显然是十分关键的一步。尽管我们会不断完善这种装置，但是这对于认识论来说并不是重要的事情。因为对于认识论来说，装置的改善与它的作用在本质上是相同的。

其次，观察者永远不可能被仪器完全替代；如果真的可以的话，那么观察者必将无法获得任何有关的知识。无论是在制作仪器的过程中，还是在完成制作之后，观察者都必须全心全意地投入到制作仪器中，仔细测量仪器的大小，并且认真检测仪器中可以自由移动的部分来达到我们的设计要求。一些测量和检测工作，对于物理学家来说，他们只能依赖生产和出售仪器的工厂，这一点确实如此。不过有一点不容忽视，尽管许多精巧设备装置的运用使得这项工作不再复杂、麻烦，但最终的所有信息还是要集中反馈给某个人或某些人的感官。

最后，不管是对角度还是距离的测量，不管是直接在显微镜下还是在显影板上测量，只要是在使用仪器进行研究，那么这些数据必须由观察者来读出。数据读取工作由于运用了某些新的装置或设备变得更加便利，例如，为了有效直接地显示出谱线位置的放大图像，我们可以使用透明片的光度记录仪。但是不管怎样，这些获取的数据最终需要人来读出，因此观察者的感官介入是必然的。如果没有人的观察测量，纵使有最精确的记录，我们也无法得出任何信息和结论，原先存在的问题自然就无法得到说明或解决了。

这样，我们又遇到了前面提到的相同境遇。我们已经知道了，任何光的物理性质企图通过人的直接感觉，这种可能性是不存在的。作为信息的唯一来源，感觉在一开始就被抛弃了。因此，我们得到的理论图景完全是依赖于各种复杂的信息，不过这些信息却是由我们的直接感知获取的。我们的感觉虽然不能说包含了这些信息，但是确实是建立在这些信息的基础之上的，是由这些信息合成的。然而，我们在使用以上图景时，只是一般地知道光波的概念建立在实验的基础上，并不是我们突发奇想所得，但是我们却往往忽视了感觉。

早在公元前5世纪德谟克里特就已经知道了这种奇怪的现象，对此我非常惊讶。虽然他未曾知道或者试图研究制作与上述物理测量仪器类似的装置或设备，但是我的这种惊讶之情丝毫不减。

盖仑曾经保存了一个德谟克里特的一个论断，这个论断中包含了对于智慧与感觉来说什么是“真实”的辩论。智慧说：“表面上有甜味，表面上有苦味，表面上有色彩，但实际上只有原子和虚空。”感觉不同意智慧的观点，说：“智慧啊，你真可怜！你这不是在利用我们的论据来反驳我们吗？其实，你的胜利就是你的失败！”

在这一章中，我们不妨可以用一些基础的科学、物理学中的简单的例子，来说明两个基本的普通事实：（a）感觉是所有的科学知识的基础；（b）然而，这样的科学知识中并没有关于感知的成分，因此，它不能解释感觉。最后，我作一个简短的总结。

我们的实验和观察得益于科学理论的发展。在一些初步的理论确证以前，对于个体来说，记忆很多相关的理论事实是很困难的，这是每一位科学家都清楚明白的一点。然而，有一些现象很让人诧异，一个逻辑缜密的理论的创始者，在这种理论确立之后，总是倾向于在相关的论文或著作中省略他们发现的基本事实，更有甚者不愿意向读者透露，而只是隐藏在晦涩的理论术语中。当然，我不是对这些作者怀有偏见而在这里指责他们。尽管这种方式有它自身的好处，可以帮助读者有规律地记忆事实，但是它却忽视了通过观察获得理论与实际观察获得理论之间的区别。由于观察一定包含了感觉的成分，于是理论通常被人们误解为可以有效地解释感知，但实际上它根本没有办法做到这一点。

首先颜色不是一种物质，你把颜色和光弄混了。颜色是一种感觉，光是一种物质（电磁波）。
简单来说，你在不同的环境下，会把粉红、乳白色、浅灰色的光称为白色。但是实际上它们从光学意义上来说是完全不同的。

撇开颜色不谈，先说一下背后的物理学基础。
1、并不是所有物质都是有颜色的，比如说夸克，一说因为夸克的尺度小于可见光的波长，但我不太确定这个理由是否充分。一个物体的颜色本质上是一个函数：一个对于可见光波长范围内电磁波的吸收以及反射的程度关于电磁波长的函数。即自变量是电磁波长，因变量是对于此种电磁波反射和吸收的程度。所以，说一个杯子是红色的，其实并不是说在任何情况下它都会反射出红光，如果没有红色的入射光要怎么办？在十分暗的情况下，它体现出来的就是黑色。我们一般用在日光下物体反射的光来作为它的颜色。因为我们希望颜色是一个物体的固定属性，而不要跟着输入光的变化而变化，所以即便在黑暗中，我们依然会说，这个杯子是红色的。（难道晚上关了灯之后就只剩下黑色的杯子了？难道放在柜子里的衣服都是黑色的衣服？这才是荒谬的。）选定日光下的颜色作为一个物体的颜色是因为我们可以认为日光包含了一切波长的可见光，所以从日光下物体的颜色就反应出了它对所有可见光波的吸收和反射程度。（当然太阳光谱仍然不是真正连续的）
2、光是一种电磁波，其作用是在电子之间传递力/能量。一般来说我们看到的可见光都是电子跃迁产生的。由于不同原子/分子的轨道是不同的，一般来说电子只会在特定的轨道之间跃迁。从低轨道跃迁到高轨道需要吸收能量，而一般来说只能吸收光子，但是由于光子只能整个地吸收，所以只有特定波长的光能被吸收。这便是物质为什么会吸收特定的光的原因。而从高轨道跃迁到低轨道的时候要释放能量，这个能量就是光，而由于轨道差是固定的，所以每种物质有固定的吸收光谱。
3、一个物体的反射的光就是所谓的它的颜色，而这实际上是和它吸收什么光有关的。当然这里的颜色和感觉意义上的颜色还是不同的存在方式，这里的颜色指这种物质的性质，而感觉上的颜色的本质是一种神经电流。对于透明的物体，能穿过这个物体光则成为了这个透明物体的颜色。以叶子为例，叶绿素吸收红光和紫光为主（因为这些频率的光和叶绿素中电子的轨道能差相吻合），所以反射出来的是蓝光和绿光。以绿光为主。[这里感觉有一些不对劲，求物理学大牛解答，我不知道应该如何把这个东西和电子跃迁联系起来，以及我也不知道应该如何解释可见光可以无障碍地穿透某些晶体，比如石英晶体]
4、我不确定不能吸收的光是不是就一定会被反射，毕竟光同时具有波动性和粒子性，或许是其波动性让它能被反射的。如果是的话，那么那些它不能吸收的光正是它反射的光。
5、个人关于吸收的一些猜测：一般来说分子的轨道是比较丰富的，可能一个电子吸收了某个特定频率的光子之后，从轨道A之间跃迁到了轨道D，此时电子处于激发态，而中间还有BC轨道，但是在跃迁回来的时候，电子不是直接跃迁会A然后释放一个同样的光子，而是分两次或者三次跃迁，这样每次跃迁产生的电磁波频率都低于可见光频率，所以就相当于是可见光被吸收了。当然，在这种情况下，对于不吸收就会有另外一种可能的解释（虽然我极度怀疑这个解释是错的）：虽然电子在较低的A轨道上吸收了特定波长的光子，然后跃迁到了B轨道上并呈现为激发态，但是由于B轨道上的电子一般都是直接跃迁回A轨道然后释放一个相同波长的光子，所以对外显示为不吸收。

至于颜色，颜色是一种感觉，即一种神经电信号，产生这种感觉的整个过程如下：
1、我们的眼睛，具体来说是眼睛中的视网膜，接收透过由“镜头”，即角膜、晶状体和玻璃体，矫正的光。然后产生神经电信号。这里有一点要注意：视网膜成像是颠倒的，即上面的光会到达视网膜的下方，而下面的光会到达视网膜的上方。但这并没有太大关系，因为人的视觉是从出生后接受到光刺激才开始形成的，所以我们的大脑在一步步地将视觉空间和触觉空间调配至一致，视觉的发育在出生后六个月才达到一个比较好的水平，而到五岁的时候才和成人相当，这便是为什么幼儿读本的字特别大的原因，此外他们辨色的能力也不好。
2、视网膜里面有三种锥细胞，每一种视锥细胞含有一种感光色素，分别对蓝光、绿光和红光敏感。视锥细胞仅在非常亮的光线下工作，并对高照度敏感。所以在非常暗的情况下，虽然你能分清物体的轮廓，但是你看不到物体的颜色差别。此时一切都是黑白灰的，因为视锥细胞没有工作。没记错的话好像一开始婴儿是不太能区分蓝绿的。好像是因为感觉蓝色的视锥细胞发育比较晚。
2.5 我们形成颜色的概念最终还是视神经中枢的功劳，视网膜和视锥细胞只是将光转变成了神经电信号而已。换而言之，即便没有光，只要有合适的神经电信号刺激视觉中枢，我们也会感觉到光。比如说这个问题中提到的现象： http://www.zhihu.com/question/20154538/answer/14167880
3、判断颜色是一个极其复杂的事情，就像判断音高一样，响度类似光强，而音高类似于频率。（别忘了声音也是可以多频率叠加在一起的，乐器在发声的时候的音色，正是因为乐器除了一个主音之外还会有几个泛音，而泛音强度的不同就称为了一个总体感觉上的音色）。所以拿声音和颜色来类比还算是比较靠谱的。
首先说绝对音感。绝对音感是很少有的特质，听到声音的时候就知道它的音名相当于就知道它的波长。类似地我们可以定义一个更为少有的特质：绝对色感，看到光线的时候就知道它的波长。但是由于颜色比声音更为复杂，所以绝对色感更像是一个不可能的能力。那么问题来了，对于大多数没有绝对音感的人来说，我们虽然不能听出一个音的音名，但是为什么我们还是能够听到旋律呢？因为我们听到的是一堆音符，它们是不同的，所以我们可以根据它们的走向而获得旋律，旋律是相对的东西，而不是绝对的，我们可以把一个旋律从a小调移植到d小调上，并且给人的感觉相差并不大。颜色同理，我认为感觉上的颜色也是一种相对的东西，而且这种相对性是必须培养出来的一个能力，因为我们在不同的光照环境下都要认出同一个物体，所以我们的大脑需要进行自动的匹配和调节，就像我们不希望一段旋律仅仅是因为升了两三度就认不出来了那样。拍过照片的人都知道白平衡这种东西，白平衡就相当于这两三度的差别，在各自的白平衡下，我们给物体的色名是一致的，但是如果我们将两幅同样的，仅仅是在白平衡上有差别的照片拿出来进行对比的时候，我们就会说：“你看，这张的墙壁/脸/白一点，这个黄一点”或者“这张的天空蓝一点”。
但是，这种改变并不是无限制地，将一首曲子在低音区演奏和在高音区演奏，即便旋律一样，给人的感觉还是会有很大不同的。所以在光线过量或者过暗，又或者是颜色偏得太严重的时候，我们还是会有感觉。但我们依旧会去修正它，就像我们不会因为红光照在白色的墙壁上或者是蓝光照在白色的墙壁上就说墙壁是红的或者蓝色，我们还是会将其称为白色的墙壁。因为我们在试图定义一个物体的颜色的时候，并不是根据它事实上反射的光来定义，而是根据它在日光下反射的光来定义。
4、关于划分颜色
颜色的划分本质上是一件不可能的事情。因为，光是连续的，每一种特定波长的光都是一种颜色。当然人没有那么好的划分能力，但是人能区别的颜色还是很多的。至少在电脑的rgb中，任意值相差10或者以上的颜色放在一起我们是能区分开来的（前提是你的显示器足够好）。而在光谱上的颜色人能区别开来的就不下150种。要给这150种一一命名么？而且问题在于，我们会遇到这样尴尬的情况：比如说我们在进行四舍五入的时候，会把4.51和5.49同归于5，而将5.52和6.37同归于6，但是，明明5.49和5.52相隔才比较近啊，它们两个放在一起我们才会无法区分吧！就像可见光的波长是380～780nm，而人可以区分3nm的波长，所以我们会认为450和453是不同的，但是可能会认为450和451是相同的，452和453是相同的，那么451.5应该归于哪一类呢？那么无论我怎么分类，都会出现上面那样尴尬的场面，就像是即便有绝对音准的人也区别不了262Hz和261.9Hz的声音那样。
所以颜色的划分必定是一个粗糙的划分，并且是根据视觉修正过之后的划分，我们将日光下表现出相同或者相似颜色的物体归为同色的，而将明显有对比色差异的归为异色的，但是我们无法具体地将某一种处于中间地带的颜色归为某一类，当然我们可以选择开辟一个新的类别，就像是在红色和黄色之间开辟橙色，在蓝色和绿色之间开辟青色那样，但是一种开辟新类别也是无休止的，总之我们觉得够用就好了。
5、色觉的形成
太阳辐射的电磁波中，可见光所占比例是最大的，而能看到更多的颜色有进化学意义上的优势，所以人类有现在这样的色觉。

抄一段句子如下：
【撰写颜色故事的第一个挑战，是颜色本身并不真正存在。或者不妨这样说，如果颜色确实存在的话，也只是因为人类在主观上创造了它们，把存在于我们周围的光波的震动解释为颜色。宇宙中的每一件事物——无论它被归于“固体”、“液体”、“气体”或是“真空”——都在不停地闪烁振动，随时改变着自身。但如果我们真的这样理解世界，那就无法有效地把握世界的本质了。】
又及：
【颜色现象的本质正是振动和能量的释放。】

光是作为量子化的能量被基态或者亚稳态的电子吸收，电子吸收能量后跃迁随之再回到基态或亚稳态，就会形成光。
至于为什么不同的光在大脑中会显示不同的颜色我猜想是因为不同的光波长不同从而不同的感受色彩的细胞吸收光之后活性不同比如说有细胞对红光的波长特别敏感如果有红光该细胞就会活跃放出某种电刺激通过神经元传输到大脑响应部位。然后大脑再处理这些数据变成我们的感知。
TO：光的反射如何实现？
光的反射是因为吸收光子的电子跃迁之后又迅速返回基态，释放出的能量与原来光子射入的能量相等。大致是这样的。不反射能量的被称作黑体，即所有能量都被电子吸收使之运动加剧，这是一种理想化的模型。现实世界中所有物质都会或多或少反射一部分能量，这部分能量需要“恰好”等于电子跃迁的能量。反射的特定波长的能量就形成了人所看到的颜色。而如果光子的能量并不“恰好”等于跃迁的能量，那么就会转换为微观粒子的热运动、或者如玻璃等稳定的粒子就会直接透过。
TO：有一个问题，如果A物质完全不能吸收频率为f的光，那么光是不是会直接穿过A物质？
会透过或者加热物体。如果某一共振频率电子吸收的能量饱和，那么这个频率剩余的光子相应的就成为了非共振频率的光子。要么与其他微观粒子作用产生热运动，要么透射过去。
TO：那光在介质中减速是为什么？
以及，比如一块玻璃，为什么除了透射之外也会反射部分光？
光在介质中的减速呢，主要是因为光子在介质中并非走的是“直线”；而会因为各种作用（比如康普顿效应，这里不具体讲了）而改变。而由于物质微观粒子均匀分布，所以经过一系列光子的碰撞，宏观上显示的还是一条直线。
玻璃投射是因为大部分的光子不在共振频率，反射是因为少部分的光子在共振频率。

把颜色和电磁波谱对等是不准确的。

颜色是人类对三种感光细胞激发信号产生的认知反馈。
当然，感光细胞虽然主要功能是感光，但是激发这些细胞却不一定非要靠光——用捅的用电的用烫的都行，都能产生颜色。

你感受一下。

当然，大脑也可以自发产生颜色信号，通过视觉输入反馈匹配来输出。

颜色对人来说只是光的反射经过人眼后在大脑里形成的一种概念，物体应该说不是有“颜色”，而是他所在的环境让他呈现这样的“颜色”，比如一个红色的苹果，你看到是红色的，但是如果把苹果放到一个黑屋里，你即使在里面看到苹果，难道苹果还是红色的吗？

本文又见于2015年9月8日知乎日报。

我回答过相关的问题，关于不同颜色光波长的疑惑? - 光学。这里转过来，再补充下。

颜色是视网膜的视锥细胞收集到不同可见光，把光信号转化为电信号，通过视神经传到人脑后，产生的感觉。

颜色不是物质，是人脑处理过某物体发出的电磁波后的，分辨出的这种物体的属性。颜色是某物发出的可见光和人眼对可见光的响应二者共同决定的。

换句话说，颜色只是人体主观的感受。别的动物的眼睛不一定跟人看到的一样。你的照相机里拍到的颜色，跟你眼睛看到的，因为感光响应不同，所以也不完全一样。

但是由于人脑收集到信号后，其实会做归一化处理，只要三种视锥细胞都齐全，人们看到的颜色就都一样。也就是说，只要都是正常人眼（非色盲色弱），你看到的蓝色的天，和你旁边小伙伴看到的天是一个蓝色。

具体到人眼，由于正常人眼的视网膜有三种锥状细胞。分别探测长波(L)，中波(M)，短波(S)，如下图，(Color vision)

如下图，是罗切斯特大学David Williams教授研究组发表在Nature上的人眼三种锥状细胞在视网膜上的分布（The arrangement of the three cone classes in the living human eye : Abstract : Nature）。

图中颜色是根据实验后加上的，只是为了区分三种不同的锥状细胞。红色表示对长波敏感，绿色对中波敏感，蓝色对短波敏感。

每个人这三种锥状细胞的分布都不尽相同，如下图（http://aria.cvs.rochester.edu/papers/Williams_VR2011.pdf）所列的，都是有正常色觉的人眼，但是各种锥状细胞的比例差很多。

但是如果三种视锥细胞有任何一种缺失或异常，都会造成某种色盲或色弱。由于色盲基因在X染色体上，人群中，大概7%的男性，和0.5%的女性有色盲。比如某位患者说：“有这么一种颜色，有时候人们管它叫红色，有时又叫棕色，还有时叫桔色。”（"There is this color, and sometimes people call it red, and sometimes they call it brown, and sometimes they call it orange."）

人体的视觉感受，源于三种锥状细胞对辐射来的可见光的响应（具体来讲，是把开头那个响应曲线和入射来的光相乘，再对波长或频率做简单积分），这种感光细胞的响应会产生一个电信号，有视神经传给大脑。

人脑收集到视神经传来的信号后，三种锥状细胞传来的电信号的比值，决定了我们感受到的颜色。三个通道电信号的绝对值，决定了该物体颜色的亮度。

生活中的常识和实验表明，只要视觉正常，三种锥状细胞齐全，不同人对颜色的识别是非常相近的。我们都会认同，血液、草莓都是红色，给人炽烈、警觉的红色；天空、海水都是蓝色，让人安心、澄净的蓝色等等。

需要承认，即使正常人眼因为有同样的视蛋白，导致人眼的视锥细胞的感光响应相同外，人脑最终的颜色知觉（color perception）可能还是会略有差别。对同一幅桔黄色的图，一个人可能认为更偏桔色些，另一个可能认为更偏黄色一些, 但这种偏差除了相关的生物化学结构可能略有不同外，同个体的主观认知偏好也有联系。

由于人眼进化出了三种锥状细胞，能探测的所有颜色，可以表示成如下的颜色空间（CIE 1931 color space）：

举个例子，红色和绿色的光可以复合成黄色，就是由于颜色是入射光和人眼的色觉响应共同作用的结果。红光（～700nm）和绿光（～500nm）同时作用在人眼时，可以产生纯黄光（～600nm）对人眼一样的刺激，这两种情况下，视网膜感光细胞输给大脑的电信号，可以相同，人脑也就不能区分这到底是混合成的黄光，还是纯黄光。

这并不是说，红光＋绿光就真的混合成黄光了。如果给你个光谱仪，你可以很轻松地分辨出这两种情况，这两种情况的物理本质还是完全不同的。只是人眼分不出而已。所谓的红绿蓝三基色的概念，也是由于人眼有三种锥状细胞，而造成的。

但并不是所有生物都是三种锥状细胞，有些鸟、鱼、两栖类、爬行类、昆虫，甚至有些极个别的人类，有四种锥状细胞。比如下图 (Tetrachromacy)：

这就意味着，跟正常人眼相比，它们／他们要么能看到更多的光谱范围，比如红外光在他们眼中是可见的，要么能更细致得区分可见光区内的颜色种类。跟他们相比，正常人眼，反而有某种色盲。
比较知名的有四色型色觉的人，比如澳大利亚画家Concetta Antico。

QA （包括知乎日报上的问题）
Q: 因为视锥细胞比例不同，所以你看到的红与我看到的不是一样的？
A: 不对。你我看到的是非常接近的红色。三种视锥细胞比例不同，但是最后大脑是三个通道比较之后，才给出颜色判断的。

Q: 我一直有疑问的是为什么颜料三原色是红黄蓝而光的三原色却是红绿蓝呢？反射和发射出来的不都是光波吗？为何三基色不同呢？
A: 画画用的颜料三原色，是减法三原色, 指品红、青色、和黄色。是因为颜料吸收部分光，剩下的反射进入人眼。光学中的三原色，是加法三原色，红、绿、蓝，是指不同波长的光，同时被人眼吸收后，呈现的颜色。

Q：想再问一下，归一化处理又是怎么做到的？既然人和动物对于同样的电磁波能有不同色感，那人和人之间就没有差异么？谢谢！
A：人和人之间可以有差异，也就是文中的色盲或色弱。占7%的男性，和0.5%的女性。正常人眼的差异非常小。这是由于从负责感光的视蛋白到传输到视神经，再被大脑处理，这一路上的经历了非常多而复杂的生物化学过程，而每一小步都非常相似, 所以一个理性的推论是人们看到的颜色非常接近。如果非要纠缠于“子非鱼，安知鱼之乐”这样的不可知论，我也没办法。色觉说到底，和别的感觉一样，是一个个人体验的过程。科学能证实神经传输过程中间的任何一步的生物化学过程相同，进而推出感觉应该相同，但还是不能完全证明最后的主观色觉相同。

Q: 请教一下，短波偏蓝紫（确切说是紫），长波偏红，那么红色和紫色之间的颜色，比如玫红，在波长上是在哪边呢？
A：对于可见光区的任何一个波长（频率），都对应一个颜色。但是反过来不成立。不是每种颜色都可以找到对应的单色光的。
上文中给出的颜色空间的包络线，（向左上凸起的黑色曲线，周围有对应蓝色数字表示波长）就是单色光可能的颜色。比如钠黄光就包含单色性较高的589.0纳米 and 589.6纳米，两条纯黄光。
比如玫红、棕色等颜色，不能用单一波长实现，是多种波长混合，一起对感光细胞刺激的结果。

Q: 那白金毛衣事件是怎么回事？
A：那是正常的视觉，在不同光照和背景色下的错觉。实在是说滥了的例子，自己看这儿吧：
这条裙子的颜色是白金还是黑蓝？为什么争议如此大？ - 光学

Q1: 您所列出的正常人的三种视锥细胞数量的比例有所区别，是不是就说明人们对三原色的敏感度不同呢？也就是说色弱其实是一个伪命题？
Q2: 色盲，色弱和正常人有本质区别吗？还是只是感光细胞数量不同。
A: 统一回答下关于色盲色弱的问题。
色弱不是伪命题。也不仅仅是感光细胞数量不同，如果只是数量不同，问题就好解决了。
色觉缺陷, (包括色盲)，是比较常见的一种症状。分以下几种：

单色觉：罕见的完全色盲。患者眼中只有灰度没有颜色。有的是完全没有，或是只有丧生功能的视锥细胞。有的是只有一种视锥细胞。

双色觉：
（1）红色盲（Protanopia）。～1% 男性患此病。
患者无对长波（峰值在红色区）敏感的视锥细胞，区分红、绿或者蓝、绿时很费劲。纯红色，看起来无响应，是黑色的。分不清紫色和蓝色。其视锥细胞只对400到650纳米响应，而正常人可以对700纳米也有响应。
（2）绿色盲（Deuteranopia）。～1% 男性患此病。患者无对中波（峰值绿色）敏感的视锥细胞。
（3）蓝色盲（Tritanopia）。非常罕见。患者无对短波（峰值蓝色）敏感的视锥细胞。

比单色觉或双色觉更常见的色觉异常是，三种锥状细胞都有，但是对光谱的响应曲线比正常人眼有偏差。又分三种：
（1）红色弱（Protanomaly）。～1% 男性患此病。区分红绿困难。
跟红色盲的区别在于，红色盲眼中完全没有长波敏感的视锥细胞 L-cones。红色弱眼中有L-cones，但是其频谱响应不正常，向中波视锥细胞的频谱曲线靠近。
（2）绿色弱（Deuteranomaly）。常见。5%的欧洲男性有此病。中波视锥细胞变异，频谱响应曲线向长波移动。
（3）蓝色弱 (Tritanomaly)。很罕见。男女都不到0.01%患病。

如下图示，

由于有相近的症状,都有区分红、绿色困难，有时候，红色盲、绿色盲、红色弱、绿色弱被统称为红绿色盲(Red-green color blindness)。

除此之外是大脑内部的颜色分辨机制，又分红绿和黄蓝两个通道，这一系列信号通道中任何一步出错，也有可能导致颜色分辨功能缺失。

你会问音调，味道，气味，软硬，温度是不是一种物质吗？颜色和它们一样，不是物质，是物质被人所感受到的某种属性

颜色，光进入我们的眼睛，引起我们生理变化在大脑里反映。颜色和光的性质，传播途径，以及我们视觉系统的识别机制有关。不同波长的可见光，在我们的视觉系统引起的变化是不一样的，波长短，如紫光，波长长，如红光。一束阳光经过绿色的玻璃，进入我们的眼睛，我们看到是绿色，经过红色玻璃，我们看到红色，这是传播途径(传播介质)。同样的光，同样的传播途径，在普通人眼里，红光就是红光，绿光就是绿光，泾渭分明，但是色盲人群的视觉系统和普通人不一样(许多人喜欢说他们的视觉系统有问题，但我觉得这只是个体差异罢了，谁规定分的清红光绿光就是健康，分不清就是不健康，说不定他们也有自己的优势)，他们看红光和绿光是一种颜色。所以，每个人看到的颜色是由光源，传播途径，接受者共同决定的。之所以会出现不同颜色，是为了对不同波长的光分类，可以识别不同波长的光。(然后由于不同物质对不同波长的光的具有选择喜好，有些波长容易被吸收有些被反射，于是物质有了颜色属性，我们可以借物质的颜色继续对物质进行分类)说的有些白话，您勉为其难看着吧~

上面的回答太专业了，真的是没嚼透。上面某个答主连希尔伯特空间都冒出来了，有必要吗？那个是量子力学中无穷维度的内积空间，用于描述波函数在不同本征函数上的投影的，用来讲颜色是不是有点杀鸡用牛刀？，明明用一个电磁波谱就能讲清楚。中国人传授知识太不用户友好了，而且总是纠结细枝末节，反而容易让读者抓不住重点。大家跟我的思路走，应该能明白。

物理中颜色的定义（可见光波段），是指发光物体在可见光波段（380-780）nm中的光强分布，也就是牛顿用三棱镜折射出来的东西—光谱。

光谱的横坐标是波长（频率），纵坐标是光强。

这个用分光计分出的光谱，就记录了物体的真正的颜色。

【括号内容可以略过】【当然，这里面所用到的光源是加热到5600k的高温黑体所发的光。它与太阳正午的时候照到地球上的光一样，被称为标准光源。可以想见，如果用荧光灯或者暖光灯，光谱也会有些许变化，暖光灯中红光部分（780nm）部分强度增大，而荧光灯则是蓝光绿光比较大。】

但是人眼能识别出这个光谱吗？其实不能。因为人眼只有三种感受器，红绿蓝各管一个波段。然后大脑根据三种感受器接收到的光强比例，来猜物体是什么颜色（比如黄光会同时激活红/绿感受器，你的大脑就会猜它是黄色。）

但是我们都知道，三个采样点，能描绘出整个一条光谱线么？显然不能。采样实在太粗糙了。只要过三个点的强度一定，其它地方随便怎么动。所以人们会有错觉，把两个不同光谱，不同颜色的物体误认为是一样的颜色。

为了证明人眼的粗糙，你可以试试这个：一种物体只发780nm的红光/540nm的绿光，另一种只发660nm的黄光）。在适当调整红绿光的强度比例，最终会导致在人眼看起来，居然是一模一样的黄色！

这也是显示器如何蒙人的。它只有三原色，根本不会发其它颜色的光，而我们看上去它五颜六色。

综上，人眼对颜色的识别是非常粗糙的。

但是不是所有的生物都和人眼一样粗糙。蜜蜂多了两种紫外线的感受器，描点更精细。所以我们看到的颜色相同的花，在它们眼里颜色不一样。

更神奇的是皮皮虾。它的眼睛里居然有10-20种不同波段光的接收器！简直就是生物光谱仪。可以想象，它对物体光谱的描述，比我们要精确的多了！

【举例】

我们的眼睛接收到两种不同的光，如

10 红 28橙 13黄 23绿 38青 16蓝 21紫
10 红 28橙 13黄 23绿 38青 16蓝 21紫

但是我们可怜的感受器只能描绘出10红 23绿 16蓝。（当然这样说不严格，因为其实感受器有个加权平均的过程）我们区别不了这两种颜色。但是，龙虾可以。

它们能看到那个五颜六色的世界。跟他们相比，我们只是色盲。

所以不要嘲笑皮皮虾，生命的奥秘是几百万年的进化。要对自然怀有崇敬。

注：比喻其实不是很严格，因为红绿蓝感受器其实是各自有一个激活频段的。这个可以见高票答案里的图。手机码字不便上图，谢谢观赏
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【补充】射入你眼镜的光的光谱是客观的，你眼睛里红绿蓝感受器的激活强度也是客观的。但是。对颜色的感觉，取决于你大脑内的解码固件。

最重要的，是要意识到“看”和“看见”是两回事。“看”是用光刺激感受器，转化为神经信号（RGB），而看到，是指大脑根据这些信号，在你的意识空间里，重建颜色的过程。“看”是input，在经过大脑解码加工后，“猜”出了颜色，并“刷”在意识中的虚拟空间内，你才能“看见”。
这个“虚拟空间”就好比做梦一样，只存在于你的意识里。

这是一个输入-解码的过程。
A你的大脑根据两只眼睛输入的2d图像，建立了意识内部的3d模型。

B根据感受器传来的信号猜色，并给3d模型染色。

这时，你就“看到”了，“意识”到了。
—————————————————
意识是如此主观的一件事，就如同，如果我现在把红色和绿色交换一下表示，你的大脑同样可以描绘出一个3d模型，但是色彩全串了。

但是如果你生下来就是这样呢？也不会觉得奇怪。

比如现在流行的虚拟现实眼镜，如果它里面红绿像素交换了，你一辈子也无法发现。

这就是我高中的时候意识到的，颜色在意识中的主观性。说不定，你就是那个红绿交叉者。我感觉中的红脸，在你的意识中是绿脸。但是，你也认为，那叫红色。

如果乐观一点的话，由于基因的缘故，大脑中预装的感受器-意识解码器也是相同的，就想每个人的内脏一样。不多不少。

————————
最简练回答楼主。
颜色是大脑将颜色感受器传来的信号，在意识空间解码后所带来的感觉。

不同分子中的电子会有不同的能级，而吸收光的过程，就是电子被光子从低能级激发到高能级的过程，这被称为能级跃迁。只有特定能级的电子。遇上特定频率的光才会发生。而能级随着分子是变化的，因此不同的分子会吸收不同频率的光，让均匀的光谱变的不均匀。
以上。

实际上这个问题之前已经有人仔细的问过，有人详细的答过了呢。

颜色是什么，颜色就是不同频率的电磁波在生物大脑中给出的不同对应感知。

如果是哲学问题就忽视吧，但只从色觉角度来讲，产生色觉至少需要4个东西：
1光源，目前指的是太阳的电磁波。
2物体，经过对光线的选择性吸收以及反射特定波长的光↓
3人眼，接收反射波长光线并↓（至于人眼的红绿，蓝黄，黑白，色盲，色弱，什么的先算在这里）
4大脑，接收人眼吸收的光线并转化为电信号形成特定刺激产生色觉。

赤橙黄绿青蓝紫

学光学的隔行来回答一个：
针对楼主的第一个问题：每个光子都有一个绝对特征参数，就是频率（不那么较真也可以理解成波长，虽然波长并不是绝对的）每个光子的频率是唯一的，一批带有各种各样特征参数的光子（比如你身上带了50张10元，20张50元，5张100元，7张20元）就组成了一束光，那么这些光束有两种变化的可能：1，光子与其他物质相互作用，这里的物质包括分子，原子，微粒，甚至其他光子，光子本身的频率改变了（比如你做了5此公交车，票价为5元，于是你5次拿出10元，最后5张10元变成了5张5元）；2，光子通过其他物质，光子本身没有改变，但是多了，或者少了一部分光子，这一批光子里面的数量比例发生了变化（比如被打劫了，别人只要100元大钞，于是你的100元都没有了，其他的留了下来，或者你收到了零花钱，10张10元）。最后，一个包含了绝对参数和数量的结果，就可以被称为颜色了（其实是光谱）（再次不那么较真，人对颜色的感知是第二个问题）。这就是颜色（光谱）的意义和变化的由来。

第二个问题：你可以理解为，你的皮夹子被你女朋友没收了，你的女朋友不光会数你总共有多少钱（对于颜色来说，总共有多少钱并不重要），她还会关心你这些钱构成的比例，比如都是大面值的，那说明你是赚大钱的（我已经开始口胡了），她会觉得你比较高大上，如果都是五元一元甚至是毛票，她会怀疑你是要饭的（而一脚把你踢了），而这个女朋友通过钱的构成比例来判断你这个人的过程，就是视觉系统通过分辨光谱，来辨别颜色的过程。

最后的最后，多读一些书，对所有人都有帮助，我就吃了读书读得少了的亏

颜色是某一种或者几种光电磁波，通过眼睛，产生生物信号，传递给大脑，然后在大脑处产生的视觉。

古代讲，颜色是两个概念，颜是脸面，色是光泽

@陆佰看！

感谢灵长目兄和曹兄在上文普及了人类颜色视觉系统和其对颜色的感知。
因人和人之间的性别，年龄，视觉系统的差异，颜色对人和动物来说都是一个主观的认知而非客观的。所以，我想从客观的颜色测量角度来讨论一下颜色。

多数人类的视觉系统中的两种Photo receptor (感光细胞？）的其中一种(cone cell) 是用来识别颜色的，而这种cone cell 分成L，M，S cone type, 分别擅长长波光，中波光和短波光。但是这对正确的颜色测量角度来说三种滤镜（把L，M，S cone type比作三种滤镜）是远远不够的。国际标准化组织制定的ISO 13655 (2013)其中要求从400nm 到700nm之间，以10nm为间隔分别测量颜色的光反射百分比最终形成被测量颜色的spectral curve (光谱曲线？）。一个颜色的光谱曲线是独立的，不受光源，观测角度影响的，因为它只是反映被测量颜色对光的反射百分比。

举个栗子，我现在桌上有一台德国TECHKON生产的SpectroDENS III, 这台仪器是专业测量颜色的Spectrophotometer(分光光度仪）和一张印有黄色图案的纸张。下图就是这个黄色从400nm 到700nm的光谱曲线。

我们可以看到这个被测量的黄色在400nm到500nm区域内反射测量光源的百分比最小，也就是说其所吸收的光在这个区域里最大，而这个区域正式蓝色光所在的波长范围，剩下的光组成了人言所示别的黄光。

图片来自： RGB color model

如果被测量物体本身不发光，那么我们所看见的颜色都是当前光源下物体经过吸收和反射后最终呈现出的颜色。所以大概这就是为什么上帝说：“要有光！”，然后我们就有了颜色。

有同学提出不同光源和观测角度对颜色光谱反射曲线的影响，我做了一个实验，用分光光度仪测量上文提到的黄色在不同四种情况下： 1）D50/2degree/M0 2) D50/10degree/M0 3) D65/2degree/M0 4) D65/10degree/M0. 从数据和图形可以看出，四种情况下即使不同光源，不同观测角度，最终的黄色的光谱反射曲线是一样的。

再看下面这张图，颜色对人类（动物也行）产生的感官感受来源于视觉系统受到的三刺激值（Tristimulus values) 影响。三刺激值取决于光源，被测物体，观测者。而物体颜色的反射光谱曲线是固定不变的，随着不同光源和观测者的改变，最终变得只是颜色的三刺激值。

图片来自： Understanding Tristimulus Values: Taking the Guesswork Out of Color Measurement Instrumentation

我觉得题主的问题问得不够好。应该这样问，我们知道颜色就是不同波长（或者是频率？）的电磁波，现在有两种同样材质的物体，比如乐高积木，一块是红色的，一块是蓝色的，就是说在同样的白光照射下，前者只把红光反射到我们眼中，后者只把蓝光反射到我们眼中。但问题是，照射到积木上的其他波段的光为什么没有反射回来？它们到哪里去了？如果是光波或光子被吸收的话，所谓的“吸收”到底是什么意思？同样材质的积木，前者为何不吸收红光？后者为何不吸收蓝光？是不是因为二者在极微小的尺度上结构不同？貌似是相同材质的物体却反射不同光波，原因何在？