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黃色+藍色只能得到綠色嗎?不,你還可能看到不可能的顏色

今天的故事需要調用你最大程度的想像力。先拿一瓶娃哈哈搬個小板凳坐好。

我們人類能看見彩虹色,赤橙黃綠青藍紫嘛,一點也不稀奇。我們也可以看到它們的混合色,比如紅顏料+綠顏料就是棕色,黃顏料+藍顏料就是綠色。你可能會覺得,這又有什麼呢?

沒錯,你有沒有曾經質疑過這個看起來是常識的現象呢?為什麼紅+綠總是棕色,而不是紅的綠色,或綠的紅色?黃+藍總是綠色,而不是黃的藍色,或藍的黃色?

你或許會開始笑了,這個問題也太傻了吧,世界上怎麼可能有紅的綠色,黃的藍色呢?這些顏色根本不可能存在啊!

這就是問題了…為什麼它們不可能存在呢?

這並不是一個愚蠢的問題。科學家們認為,紅的綠色,黃的藍色不能夠存在是因為它們違反了一個經典的理論,就好像出現了超光速的物質一樣是不現實的。一些人還給這些不可能的顏色取了個名字——禁色(forbidden color)。

禁色為什麼不可能存在?

先從眼睛說起。眼睛裡面接收光線的有兩類長在視網膜上的細胞,分別叫做視錐細胞視桿細胞

視錐細胞的功能主要是看光線的顏色;視桿細胞幾乎看不到顏色,主要是用來分辨明暗程度的。

視錐細胞也分成3類:紅、綠、藍。

▲ 上面的3條曲線對應著3類視錐細胞對不同色光的反應。下面一行是可見光的光譜。

我們知道可見光按照波長可以被畫成一個光譜,我們看到的彩虹的顏色正好對應著這個光譜。根據這個光譜,每種視錐細胞對某種特定波長的光有特彆強的反應,對附近的光反應弱一些,對遙遠的光幾乎沒有反應(紅視錐細胞除外)。

你可以把這3類視錐細胞想像成紅光、綠光和藍光的粉絲團。綠光的粉絲團最喜歡綠光,綠光來了它們就會瘋狂地打call,哭著說「看我啊看我啊,你的小可愛在這裡」...

如果藍光來了,它們的反應就比較冷漠。

所以我們能看到紅綠藍顏色之外的顏色是怎麼回事?

先以黃色為例。

如果你看到了黃色,實際上有2種可能性,一種情況是你真的看到了黃光;另一種情況是你同時看到了紅光和綠光,黃色是被你腦補出來的。

我們的視錐細胞里沒有黃光的粉絲團。如果黃光照到了視錐細胞上,那麼紅光和綠光的粉絲團都會小激動一下,然後大腦就會讓我們看見黃色。

黃光可以同時激活紅光和綠光的粉絲團,那麼如果一束由紅光和綠光組成的光線照到眼睛裡,激活的不也是它倆嗎?那我們看到的不也是黃色嗎?的確如此。

▲ 綠光+紅光變成了黃色,這黃色其實是你腦補的。其實藍光+綠光的青色,以及藍光+紅光的紫色,也是你腦補的,自然光譜里沒有圖中的青色和紫色

你可能還會表示不服——為什麼把紅色顏料和綠色顏料混合,看起來是棕色,而不是黃色呢?

這是因為…棕色是一種亮度更低的黃色。

紅色顏料能反射紅光,吸收其他顏色的光線。綠色顏料能反射綠光,吸收其他顏色的光線。它倆合起來以後,紅光綠光之外的光線自然基本都被吸收了,而紅色顏料會吸收一部分綠光,綠色顏料會吸收一部分紅光,所以它倆相當於互相把對方的顏色調暗了。

變暗的紅光和綠光合在一起,在人眼看來還是黃色,只不過是更暗淡的黃色,你的大腦告訴你這叫做棕色。

還不信?

打開電腦的調色板,在RGB格式中輸入(255,255,0),你會看到黃色。現在把黃色的亮度降低,比如輸入(60,60,0),你就會看到棕色。

▲ RGB(255,255,0)是黃色(左),RGB(60,60,0)是一種亮度更低的黃色,或者說棕色

注意到了嗎,紅,綠,藍的英文分別是Red、Green、Blue,首字母縮寫恰好就是RGB。是的,這不是個巧合,計算機RGB顯色系統就是利用人類的RGB視錐細胞可以呈現人能看到的任何顏色的原理。

▲ 計算機RGB顯色系統中一些顏色是如何被3原色——紅綠藍調出來的。

在計算機的RGB色彩系統里,括弧里的3個數字分別對應著紅、綠、藍的強度。因此沒有藍色,而紅色和綠色強度一樣的情況下,你就會看到黃色。如果紅色和綠色的強度變弱,你就會看到棕色。

如果你再翻出可見光光譜出來,你就會看到,黃光不正好就在綠光和紅光之間嗎?難道說大腦給做了個平均?

那不對啊,藍光加紅光不是紫色么,不可能是它倆的平均值綠色啊?而且彩虹里的紫色是怎麼來的呢,紫色不是在光譜的最邊上么,它不是只有藍光的粉絲團稀罕么?

沒錯,在人眼中,藍光+紅光的確是紫色,而比藍光的波長還短的紫光在我們眼裡也是紫色。其實吧,你看到的紫色也有2種,一種是真的紫光,一種是你腦補出來的紫色。

這是怎麼回事?

實際上,紅光的粉絲團其實還偷偷喜歡紫光,它其實也會對光譜中紫色區域的光線有些反應。

也就是說,真正的紫光照射到視網膜上以後,不光藍光的粉絲團會很激動,紅光的粉絲團的內心也有波瀾。因此你才會看到紫色。

這就是為什麼,如果把藍光和紅光混在一起,你就會看到紫色,而不是光譜中藍光和紅光中間的任何顏色。但這並不是說你真的看到了紫光,你的眼睛實際上被騙了。

說到這裡你應該明白彩虹色都是怎麼被我們看見的了。可是最初的問題還是沒有解決。

教科書里說,人類不可能同時看到紅+綠,黃+藍,或者說禁色,這是因為拮抗理論(opponent-processing model)的存在。

拮抗理論說,雖然人的視錐細胞的確能看到紅綠藍,但是從視錐細胞往上,人的大腦里用來看顏色的只有2個表:紅/綠,和黃/藍。

你可以把紅/綠表想像成一根溫度計,紅色就是零上,綠色就是零下,又有紅又有綠就相互抵消變成0。黃/藍表也是一樣。這兩個表一搭配,大腦就能讀取所有的可見光。

▲ 拮抗理論說大腦里有2個表:紅/綠表,和黃/藍表;人能看到的色彩都可以用這兩個表的取值來表示。

紅/綠表不能同時指示紅和綠,就像溫度計不能同時顯示2個數字一樣,因此拮抗理論說不能同時看到又綠又紅而不是黃色的顏色(或又黃又藍而不是綠)。

可是拮抗理論還是無法完全解釋,為什麼綠光+藍光使人看到自然光譜里沒有的青色,而紅光+綠光以後,我們非得看到自然光譜里有的黃色,而不是另一種新的顏色呢?

一個名叫 Hewitt Crane 的科學家和小夥伴 Thomas Piantanida 開始嘗試創造禁色。1983年的時候,他們說他們成功了。

他們的方法就是把紅和綠,或藍和黃並排放在一起,然後通過一個複雜的機器,使同樣的顏色總是照射在視網膜的同一個地方。

▲ Crane 和 Piantanida 創造禁色時使用的圖案,它們被投射在視網膜的固定位置上

參與實驗的人說他們看見兩個顏色之間的分界線消失了,紅色和綠色匯合到了一起,但他們看見的不是黃色或棕色,而是一種從未見過的神奇的新顏色。

一開始,其他科學家們的反應是受到了驚嚇,因為這擊碎了他們在教科書上學到的拮抗理論的基本原理。

但是後來一些人重複出了禁色,而且參加實驗的不是一般人,而是一群從事視覺研究,對拮抗理論了如指掌的科學家。

現在有越來越多的開始人相信,禁色是可能存在的。用了50年的教科書,以後可能要被改寫了。

想真正看到禁色需要氪金上面提到的複雜的器材。普通玩家的你如果想看到禁色,可以盡量讓眼睛鬥雞地盯著下面的圖,使左右2個+重合。研究禁色的科學家們表示這種方法可以讓一些人看到禁色。

開心點啊鬥雞眼,雖然你平時看東西都乘以2,但是你可以看到我們凡人看不到的顏色啊!

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圖片來源:giphy, wikipedia,Photography of the Invisible World,Softpedia News

參考資料:

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/

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