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我们简单的给个结论：没有感光的器官和接受器官信号产生色觉的神经系统，说颜色那就是耍流氓…… 颜色不是光的本质属性。 （开始感到没有耐心的话请随时翻到最后看缩写版回答……） =========以下是你看或不看我就在那里的内容========= 下面我们从生理学角度来谈颜色的形成过程，这里当然以人为例子~ 众所周知，光线进入眼后，经过折射，在视网膜上成像。我们的介绍就从视网膜开始。 视网膜上有六类神经元，其中四种是用来进行视觉信号的传递和初级处理的，不是我们的重点。我们的重点在剩下那两种细胞：视杆细胞和视锥细胞，这两种细胞统称感光细胞，顾名思义，那就是用来感受光信号的。 如图，左边是两种感光细胞的形态，右边是两种细胞在视网膜上的具体位置（画红圈处“光感受器细胞”就是感光细胞）   （注意到了么，其实感光细胞在视网膜的最里面……） 左边的图（可能有点太小了）里面，可以看到两种感光细胞都有外段（上），内段（中），终足（下，又叫突触部）三个部分。（容我吐槽：为什么在里面的叫外段在外面的叫做内段我一直没想透……） 主角在外段的部分。我们可以看到感光细胞在外段有由一层一层的膜堆叠形成的结构（这种结构又叫做膜盘），膜盘的膜上面镶嵌有大量的蛋白质，这些蛋白质绝大多数都是用来感光的视色素蛋白。膜盘叠这么多层，有利于在保持细胞体积有限的情况下，增大感光部分的表面积。  上面这张图是用来展示视杆细胞的膜盘结构的。最右边是膜的分子亚显微结构（亚显微结构，就是在一般的光学显微镜下看不到的结构）。可以看到，膜盘的膜由脂质和蛋白质组成，就跟大多数其他细胞结构的各种膜一样，不同的是这里的膜上的蛋白质绝大多数都是视色素蛋白。 视杆细胞中最主要的视色素蛋白是叫做“视紫红质”的蛋白质，叫这个名字就是因为它的颜色是紫红色的。这种蛋白中间结合了被称为视黄醛的分子。对视色素蛋白怎么感光的主要研究都是在这种蛋白质分子上面讨论的。（至于视锥细胞，则有三种不同的其他种类的视觉色素，分别处于三种不同的视锥细胞里。视觉色素不同，感光细胞的功能不同） 视紫红质蛋白在受到光照时就会立刻分解，放出视黄醛，留下的蛋白质部分称为视蛋白。这个过程是个多阶段的过程，大致上是这样的： 1）视黄醛分子由于光照结构发生改变；  （如图，结构从上面的那样变成了下面那样，γ代表光照） 2）与其结合的视蛋白结构发生改变； 3）细胞内有关的信号系统开始活动，诱发感光细胞发出电信号。 这个过程里，视紫红质会失去它原先的紫红色，所以这种过程也叫做“漂白”。 （p.s.视紫红质不止分解，还会再合成，这过程中，总有一部分视黄醛被消耗。为了补偿这部分消耗，系统需要维生素A来作为合成用的反应物。这就是为啥缺乏维生素A会夜盲~） 这个过程非常灵敏，只要一个光子就能够造成。咦，那岂不是说一个光子就能产生颜色……？ 不。 首先，只有视杆细胞的这种色素这么灵敏。视锥细胞的三种色素得要数十甚至上百个光子激发，才能产生电信号。很可惜的是，视杆细胞不产生有色觉的信号。这就是前面说的功能不同之处——视杆细胞没有色觉，但是，对光比较敏感。所以在暗处的视觉主要来自视杆细胞。 其次，一个细胞产生的电信号并不够强，不足以让与之连接的细胞也产生电信号。 好吧，我们继续。那么，我们来看看视锥细胞。视锥细胞产生电信号的原理和前述类似，都是视色素蛋白结构改变，然后诱导细胞发出电信号。我们已经说过了，视锥细胞有三种，这三种细胞分别对红光、绿光和蓝光敏感，在受到光刺激之后，三种细胞按照一定的比例产生不同程度的电信号，经过处理后，在神经中枢产生视觉。 所以，人类的颜色感觉基本上可以说是假彩色。这是由三种不同强度的颜色信号组合成的各种颜色信号形成的，所以又叫做三色色觉。这种色觉形成过程还会给你带来麻烦，比如http://www./article/3576/所说的现象。 （对于色觉形成过程，想知道更多请戳http://www./question/432807/；这里对其补充一点，有报告声称，一部分女性可能有四种色锥细胞，ta们位于X染色体控制长波长视锥细胞的基因发生了一点突变，由于女性每个细胞的X染色体都会随机地有一个失活形成所谓的巴氏小体，所以如果女性携带的基因是正常+突变，最后的结果就是有的长波长视锥细胞是正常的，另一些则是突变的。） 上引果壳问答的内容里有一个很重要的事实，就是“三组视信号在变成你的颜色感受时，色觉系统会对其进行加工：互相抵消”。这种过程被称为“拮抗加工过程”，“拮抗”的意思就是互相抑制。这种过程的原理是，从视网膜传向视神经的那些中间的神经细胞收到每个感光细胞的信号时，产生的效果不同。比如，可能对红光转换出的电信号产生兴奋，而对绿光转换出的电信号表现出被抑制。这种兴奋和抑制的混合结果才是最终向脑输出的结果。这就是最一开始说的“初级处理”的过程之一。在这个理论里，有三对拮抗系统，分别针对“红-绿”、“蓝-黄”、“黑-白”三对颜色。 据此，我们还能继续延伸回答你的第二个问题。当多种波长的光同时刺激你视网膜上的视锥细胞的时候，色觉系统加工就抵消了其颜色（但没有抵消亮度），于是你看到的就是白色。 三棱镜造成光的色散之后，不同光“束”的波长段就比较集中，其信号处理的结果则是各种单独的颜色。 按照前面这段过程我们来解释下最初的结论：颜色是通过神经系统产生的感觉，而不是单独属于光的。所以，单单有光怎么能产生颜色呢？脱离神经系统，单独去说光的颜色，那就没有意思了。 好啦，最后我们来歪一下楼，来谈一下色觉的语言问题。没错，光是没有什么颜色，可是我们一般说某个颜色是什么色，难道没有确定的物理上的基础吗？换句话说，难道我们不可以把某种颜色精确地跟某个光谱段对应吗？（这样我们就能说“光有颜色”了）答案是：有物理基础但不那么准确，真的不能强行对应。 有两个原因阻止我们这样做。第一个原因来自于本文最后一个关于色觉形成的理论，即“视网膜皮层理论”。视网膜皮层的那些细胞会比较来自视网膜的不同位置的信息以决定每个区域的亮度和颜色，这样可以保证我们在光照变化的时候，物体颜色的亮度（称为明度）不变，或者用术语说，保持明度的恒常性。所以，一个东西的颜色不仅仅与从其表面漫反射而来的光有关，与其背景也是有关的，这造成另一类视觉错觉，其中一个例子请戳：http://www./post/347962/ 第二个原因是，不同文化的人对于光谱进行的“语言划分”其实是不一样的。在《心理学与生活》（理查德·格里格、菲利普·津巴多著，人民邮电出版社，第16版）pp.238我们可以看到例子。 首先是颜色的划分。英语的基本颜色术语有11个，巴布亚新几内亚的达尼人的语言却只有2个，即简单的区分明暗。 其次是这种颜色划分的认知结果。说塔拉胡马语的人只用一个词siyóname表示绿和蓝两种颜色。实验者要求被试考察三个一组的颜色块，所有这些颜色块都大致处于“绿-蓝”这一带。结果发现，母语是英语的人在区分“靠近绿-蓝界限”的颜色的时候，会主观地强迫分开，而塔拉胡马语使用者则没有可比的颜色歪曲。 还有一个不靠谱的理由是，我曾记得在某处看过，说即使使用同一种语言，不同的人对颜色的分带也不一样。这里有个个人经验仅供参考：我曾让人替我找一本书，我跟ta说是绿色的，ta却怎么也找不到，最后找到跑来向我抱怨说“明明是蓝的，你怎么说是绿的呢”。 显然这中间还有一个问题就是有些人会用更多的单词去区分颜色的细节，比如我只会说红，有人就要分大红粉红深红等等。关于颜色命名果壳曾有叙述过一个很有意思的“实验”：http://www./article/437666/ 这就是说，尽管光（和它的波长）是客观的，颜色感觉的差异的存在也是客观的，但是就语言叙述上，我们看到的却是主观武断不统一因文化而异的划分，甚至因为有这种划分，而导致对色感的强行区分。（补充：在波长380-760nm，也就是一般说的可见光波段中，平均增减3~5nm就能区分出一个颜色来。实际上，在波长495nm和595nm附近的可见光，波长差1nm就能感觉到差异，而光谱两端，即使相差几十nm，差异也不明显——摘自八年制《生理学》，姚泰主编，人民卫生出版社，pp435） 后面这一点在语言学/符号学上有个说法，由鼎鼎大名的索绪尔所提出：“能指和所指的对应是任意的”。概括的说，就是符号的表征（发音、书面形式等等）和其指向的内容（具体来说，是这个符号带来的心理感觉）的对应是任意的。当然，这指的是最初形成的时候对应是任意的，就像是某个波段附近的光为什么叫红一样，说不上什么理由，是武断的；但是在语言的使用过程中，却多少开始形成“共识”，从而我们有了一组意思类似的概念，语言才能达到沟通效果。就像我说某个东西是红的，你应该也差不多觉得那个是红的。 但是，有些概念怎么都是武断的——比如“爱”或“友谊”——至于各位怎么看待这个现象，那就不是我的事了。（咦我是不是彻底歪楼了……） 以上。谢谢题主（以及路过的可能驻足的各位）耐心观看。 p.s.我要吐槽系统！为什么每次回答都要点两次发送！！ 全文图片来自google菌。 =========为了没有耐心的各位准备的缩写版========= 1.颜色是一种感觉，因此不是光的本身属性，“光子的颜色”没有意义。一个光子尽管可能造成感光细胞的反应，但造成反应的感光细胞没有办法形成色觉相关的信号，这种信号也不足以使得与感光细胞相连的神经元产生兴奋。 2.出于颜色处理系统中，会对不同的颜色感觉予以抵销（但不抵消亮度），不同波长充分混合的光的处理结果就是白色。三棱镜分光后，光的波长段比较单一，就没有这样的效果了。 3.出于你的视觉处理机制，我们看同一个东西的颜色感觉可以是不一样的，还关系到其背景物体颜色和背景光照强度。 4.除了前一条以外，还由于我们的语言系统实在奇葩，所以按照光的波长给光赋予特定颜色的计划就此破产。因此，无论如何我们都不能说光有颜色。 ====我是分割线==== 修正：说某某颜色的光还是有必要的——当我们看到的是光本身的时候…… 但是，没有办法说某个波长的光是某颜色的。 |
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