為什麼色溫高低與色調冷暖感反相關?

色調中偏紅色為「暖色」,較偏藍色的色彩更容易讓人感覺到溫暖,然而按色溫和光波長所對應的能量來說卻是藍色(甚至紫色)光更「熱」呢?
個人的猜測是「文化」性的,因為人類歷史中最早接觸的都是相對低溫的發光體,例如燃燒不充分的木塊,受大氣過濾過後的黃色陽光,而低溫物體比方說水和冰都是藍色(雖然說不清但應該也與藍色光波長短容易被反射?)?
但是這樣一來剛好完全相反也是蠻巧的。
還是說樸素觀念中的」熱「本來就是一個文化產物?


猜測一下。

人們在自然界見到的火焰,以及用來取暖、烹飪的熱源(如電陶爐),通常都呈紅色。或者說,紅色可見光通常與攜帶熱能的遠紅外光一同出現。所以有紅火、火熱這樣的詞。

根據維恩位移定律(Wien"s displacement law),隨著絕對黑體溫度的升高,其輻射峰值對應的波長會朝短波長方向移動,因此會由紅逐漸變藍。雖然溫度越高,輻射強度越大,給人的體感應該更熱,但這種高溫物體很少在人類的日常生活中出現。反觀 RobotD 提到的雪以及陰天或樹蔭,它們的相關色溫要比火焰的色溫高得多,但它們對應的卻是更低的體感溫度,所以有陰冷、雪白這類辭彙。


有一個雖然不能回答你這個問題不過有所關聯的研究,我懶得翻譯了,自己看吧:
新聞:Which Feels Cooler, Red or Blue?
paper:Combining colour and temperature: A blue object is more likely to be judged as warm than a red object : Scientific Reports : Nature Publishing Group


題主不明白的是為什麼我們會把明明感覺很溫暖(溫度高)的偏紅、偏黃的光叫做低色溫,而感覺很冷(溫度低)的偏藍、偏紫的光叫做高色溫。

為什麼要採用這種與習慣(或者感覺)相反的叫法呢?

先看看我們如何描述單色光的。
我們當然可以用「紅色光」、「黃色光」、「橙色光」這樣的語言來描述,但是這樣的語言並不能準確的表達這個光到底是什麼顏色。比如下面這個光譜圖,400-500nm的波長我們都可以說他是藍色光,但是400nm波長的藍色光跟500nm波長的藍色光是差別很大的

所以,對於單色光來講最準確的表達顏色的方法是用波長。

那麼問題來了,如何準確的表達白色光呢?

白色光是由多種顏色的光譜混合而成的,那麼就沒有辦法用單一的波長去表達了。當然,我們也可以用類似「暖色」、「冷色」這樣模糊的詞語來描述,但是當我們希望準確的描述一個「暖光」到底有多暖的時候怎麼辦呢?

再來看這麼一個色度圖:

色度圖裡面包含了所有的顏色,對於任何多種顏色的複合光我們都可以在上面找到相對於的點。比如X,Y坐標為[0.1,0.5]的點對應的就是綠色和藍色的複合光的顏色。有了這張圖我們就能很準確的用坐標表達白光的「顏色」了。比如X,Y坐標分別為[0.33,0.33]、[0.45,0.39]的兩點就分別是我們平時所說的"冷光"和"暖光"。

有了坐標後我們也能很準確的描述這個白光到底多冷或者多暖了,但是問題又來了。這樣是不是很麻煩?


為了更方便的表達就需要引入色溫這個概念了。

上面那個色度圖中的那條曲線(就是標了1500、2000、2500……那些數學的曲線)叫做普朗克曲線。曲線上面的數字就是我們所說的色溫,這些數字真的是溫度哦(開爾文溫度,單位:K)。那麼這條曲線是怎麼來的呢,就是一個標準的黑體(你就想成一坨鐵吧)加熱到對應溫度時候發出的光的顏色在色度圖中的描點連線。也就是說如果一坨鐵加熱到1500K那麼他發出來的光度顏色就是有點偏紅、偏黃的,隨著溫度不斷升高黃色和紅色會越來越淡逐漸發白,加熱到6000K的時候發出來的光已經是有點偏藍了。

比如這張打鐵圖:

你看這塊鐵左邊溫度高(色溫高)的地方更白,越往右溫度越低(色溫低)發出來的光就越黃越紅。這就是為什麼越紅、越黃的光我們卻說他的色溫低了。

我們生活中的白光顏色大概也就是在這條曲線周圍了,所以我們都是用色溫去描述白光的顏色。當我們熟悉了2000K、3000K、4000K、5000K、6000K這些色溫大概是什麼樣子的時候就描述白光就變得很方便了。

一些常用光源的色溫為:標準燭光為1930K;鎢絲燈為2760-2900K;熒光燈為3000K;閃光燈為3800K;中午陽光為5600K;電子閃光燈為6000K;藍天為12000-18000K。


知道下面這一點會有幫助:
太陽輻射熱量主要是靠紅外線,因為紅外線接近水的固有頻率,其中蘊含的能量能被充分的吸收。藍光對應光波的能量再高,人體也吸收不了。
偏紅的顏色被稱作暖色,我認為是由於三點巧合:最主要的熱源太陽是偏黃紅色的;第二主要的熱源木炭燃燒,也是偏黃紅色的;而冰與水的固有頻率也是偏紅的。
可以做幾個思想實驗來驗證:
實驗1:可以設想如果水的固有頻率在藍綠光區域(假設人眼對色彩的識別範圍不變),那麼海洋的顏色是偏紅的,冰應該也是偏紅的;小太陽等取暖設備會發出藍光;太陽和木炭燃燒還是偏黃紅色的。所以在這個世界裡,不會有暖色的概念,因為冷的東西和暖的東西都偏紅。
實驗2:假設太陽發射到地球上的光中,藍光輻射強度加倍,那麼藍色的太陽是溫暖的,燃燒的木炭也是溫暖的,偏藍的冰和水是冷的。在這個世界裡,也不會有暖色的概念,因為藍色和紅色都能帶來溫暖。


是視覺效果和熱效應的偏差。高色溫物體(冷光源)光譜分布在可見光更多,而遠紅外更少。前者產生視覺刺激,後者產生熱效應。當人看到兩個亮度差不多的冷,暖光源,其實暖光源發出的輻射強很多,才能產生與冷光源差不多的視覺效果。而暖光源本身的熱效應就強於冷光源,所以給人的經驗是暖色的東西更暖和。
以上原理的應用:照明用冷光源更節能,取暖用暖光源節能。
PS: 色溫是物理上定義的,可以不太嚴謹的說溫度高的物體發出的輻射色溫高,溫度低的物體發出的輻射色溫低。但是溫度高低和給人的感覺冷暖不能劃等號,要看光譜和輻射的強度。人只能吸收光譜中的一部分產生「熱」的感覺。


題主不明白的不是(什麼是色溫)為什麼我們會把明明感覺很溫暖(溫度高)的偏紅、偏黃的光叫做低色溫,而感覺很冷(溫度低)的偏藍、偏紫的光叫做高色溫。
題主不明白的是(為什麼高色溫卻叫冷色)色調中偏紅色為「暖色」,較偏紅色的色彩更容易讓人感覺到溫暖,然而按色溫和光波長所對應的能量來說卻是藍色(甚至紫色)光更「熱」呢?
題主對於色溫和黑體輻射的關係是明白的。


因為色溫是客觀真理,色調是主觀感受。


色溫越高越冷


色溫來源於等黑體輻射能量的高低,頻率高的紫色光子攜帶能量更高(普朗克常量乘以頻率),這就是偏藍紫的光,所以高色溫,低色溫相反。
至於色調,感知領域的歷史,可能太陽和雪的感覺吧,太陽(偏紅)給人溫暖的感覺,雪(白到籃紫)給人冷的感覺。
後段純屬臆測…


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