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(25)为什么彩虹中没有紫色(purple)?《颜色-不是你想象的那样》

 钟书神经 2017-06-29


彩虹上怎么会没有紫色,毛主席说过:“赤橙黄绿青蓝紫,谁持彩练当空舞。”(《菩萨蛮·大柏地》)。


是的,有那个紫色(violet),但我说的是没有这个紫色(purple)。

【在公众号“领略色彩之雅”中回复“紫色”可以看到紫色的含义】


1
violet和purple的区别

英语中的violet和purple,虽然汉语都翻译为紫色,但的确是两种不同的颜色,而且很可能只有少数人类或少数其他生物才能辨别出他们的差别。

In the traditional color wheel used by painters, violet and purple are both placed between red and blue. Purple occupies the space closer to red, between crimson and violet.Violet is closer to blue, and is usually less saturated than purple

——From Wikipedia, the free encyclopedia

维基百科上提到,violet和purple都在色环的红色和蓝色之间:

purple偏红一点的,介于深红和violet之间;

violet是偏蓝一点的,饱和度要比purple要低。


按照维基百科的解释,violet和purple在色轮上的位置如下:


purple和violet在色轮中的位置

While the two colors look similar, from the point of view of optics there are important differences. Violet is a spectral color – it occupies its own place at the end of the spectrum of light first identified by Newton in 1672, and it has its own wavelength (approximately 380–420 nm) – whereas purple is a combination of two spectral colors, red and blue. There is no such thing as the 'wavelength of purple light'; it only exists as a combination.[16][17] See Line of purples.

——From Wikipedia, the free encyclopedia

维基百科里还说到,虽然这两个颜色相近,从光学的角度来看他们有非常大的不同。violet是光谱中的颜色,代表波长380nm~420nm。而purple仅仅是两个波长的光的混合色,是没有一个代表purple颜色的可见光波长。


也就是说,在下图表示的可见光波长中,波长最短的那一端(下图右端),颜色是violet,波长380nm~420nm,而不是purple,purple不在这个可见光光谱里。


可见光谱

既然purple不属于可见光的颜色,为什么会出现在维基百科说的色环中呢?



2
色环和彩虹中颜色的排序原理

首先要知道色环和彩虹中的颜色是按一定顺序排列的。


色环中的每个颜色都跟该颜色相邻的颜色,而彩虹上颜色是按照波长大小线性紧密地排列在一起。


颜色在彩虹中的排序

如果颜色取决于光的波长,很明显颜色应该是按线性分布的(就像高度一样,从矮到高排列),波长从低到高,从380nm到720nm。如果颜色按照圆形排列,从380nm到720nm,怎么又一下子从720nm回到380nm?这样就成了潘洛斯阶梯(Penrose Stairs)——四条楼梯,四角相连,但是每条楼梯都是向上的,因此可以无限延伸发展。在三维世界中不可能出现。


潘洛斯阶梯(Penrose Stairs)

那么如何解释色环的问题呢?


有时候一条线也可以成为一个圆,就像咬尾蛇。


动漫《钢之炼金术师》中的咬尾蛇标志


所以或许将光谱卷起来就可以形成色环。似乎也行得通,而且颜色的顺序也对,但可是似乎少了点什么。对,就是少了紫色(purple)。如果这条光谱在加上一个紫色(purple),就成为一个色环了。注意,是通过紫色(purple)将光谱的两端连在一起。既然紫色(purple)出现在色环中,为什么它没出现在彩虹中呢?


彩虹光谱加上紫色(purple)就成了色环


3
为什么彩虹中没有紫色(purple)

人们通常会说彩虹包含了所有的颜色。这就是为什么彩虹旗帜代表容忍和包容。但我瞧瞧告诉你一个秘密:有些颜色彩虹是没有的。紫色(purple)就是其中之一。


彩虹旗


我们感知到的紫色(purple)是包含两种波长的光的混合体,如680nm(红光)跟450nm(蓝光)波长。这两个波长给我们的感觉是红色和蓝色。因为紫色是来自这两个极端情况波长的混合光,所以它也被认为跟这两个极端色颜色相近。


至于为什么紫色(purple)不存在于彩虹中,我们需要神经科学来解释。我们能看到颜色是基于眼睛视网膜上三种感光细胞的对光的响应,这三种感光细胞分别是S、M、L型视锥细胞。它们可以在白天(明亮)情况下把光信号转化为电信号,通过神经节的传递到大脑中,从而能感知(看见)到颜色。研究人员已经记录了每种视锥细胞对每一波长的光的不同响应情况。也就是说,这三种椎体细胞的响应决定于刺激它的光的波长。

【在公众号“领略色彩之雅”中回复“视锥细胞”可以看到详细介绍】


下图展示了不同视锥细胞的光谱响应曲线。三条曲线分别对应三种视锥细胞。他们的峰值分别出现在短波长(S),中波长(M)和长波长(L),所以我们也这样命名。


不同视锥细胞的光谱响应曲线


红光会激活L视锥细胞,但对M视锥细胞影响小很多,且几乎对S视锥细胞无影响。


红光对视锥细胞的刺激


蓝光会激活S视锥细胞,但对M和L视锥细胞影响很小。


蓝光对视锥细胞的刺激


所以当视锥细胞被混合波长的光刺激时,视锥细胞的响应可以通过对单个波长的在视锥细胞上的刺激的加和来预测到。


当将红光和蓝光对视锥细胞的刺激加在一起,我们就看到看紫色(purple)——S和L视锥细胞响应程度大,而对M视锥细胞影响小


红光和蓝光对视锥细胞的刺激的加和


我们看回光谱响应曲线。同时满足对S和L视锥细胞响应程度大,而对M视锥细胞影响,是没有哪一个单个波长是符合的。也就是说可见光谱上没有特定的波长是代表紫色(purple)的。


这就是为什么紫色(purple)不存在于彩虹中——彩虹中对颜色都是由单个波长的光组成的。没有哪个单波长跟紫色(purple)的刺激是一样的。


所以你可以看到紫色(purple)物体,其实是比较像紫色 (violet)的颜色而已。

通过混合不同比例的红光和蓝光,我们可以得到不同的紫色(purple)。所以应该会存在某一个红光蓝光比例混合之后会得到的颜色对视锥细胞的刺激,跟紫色(violet)的刺激是一样的颜色。换句话说,蓝光加上一点点红光可以条件等色于紫色(violet),但混合出来的颜色跟单个波长的颜色是不一样的。这种混合色光不会出现在彩虹中。



4
总结
  • 彩虹中的颜色是按照光中的波长线性排列的;

  • 这些线性排列叫做光谱;

  • 色环中包含紫色(purple),但在光谱中我们找不到这种颜色对应的波长;

  • 紫色(purple)是用蓝光和红光混合而成,颜色跟可见光谱两端的颜色都比较接近;

  • 这就是为什么把紫色(purple)加入到圆环中的原因;

  • 我们可以确定的是紫色(purple)不是光谱中的颜色,不存在于彩虹中,只是视网膜中三种视锥细胞的响应结果。蓝光和红光的混合光对视锥细胞的刺激,甚至在光谱中找不到某个跟这个刺激一样的单个波长;

  • 这就是为什么紫色(purple)不是彩虹的一部分的原因。


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