色彩是大自然對(duì)人類(lèi)的微笑。

——諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者Frank Wilczek

撰文 | 林鳳生（上海大學(xué)教授）

01
色彩與色覺(jué)

“赤橙黃綠青藍(lán)紫，誰(shuí)持彩練當(dāng)空舞？雨后復(fù)斜陽(yáng)，關(guān)山陣陣蒼。”這是出自《菩薩蠻·大柏地》的詞。在夏日的午后，雨過(guò)天晴空氣里充滿了雨珠，在斜陽(yáng)的照射下映現(xiàn)出美麗的彩虹。

物理學(xué)說(shuō)：光是一種電磁波，每一種顏色的光都有一定的波長(zhǎng)，可見(jiàn)光由紅到紫對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)在390-760納米。當(dāng)由七種色光組成的陽(yáng)光照射到懸浮在天空的雨珠上，經(jīng)過(guò)入射、幾次反射，再折射離開(kāi)雨珠，因?yàn)楦鞣N色光對(duì)水的折射率不一樣發(fā)生了色散，形成了一條彩色的虹。折射光進(jìn)入觀察者的眼睛，人就看到了彩虹。

請(qǐng)讀者留意：觀察者看到的赤橙黃綠青藍(lán)紫是一種主觀體驗(yàn)，叫做色覺(jué)。與光學(xué)上說(shuō)的色光（一定頻率的電磁波）不是一回事。色覺(jué)是人的一種主觀體驗(yàn)，所以大千世界里的五光十色，在每個(gè)人的眼里、頭腦里的感覺(jué)也是不盡相同的。

02
色覺(jué)的三要素

為了能精準(zhǔn)地描述人對(duì)顏色的感受，生理—心理學(xué)提出三要素概念：色調(diào)、飽和度和亮度。色調(diào)也就是顏色，赤、橙、紅、綠、青、藍(lán)和紫等來(lái)自太陽(yáng)光的叫做光譜色，此外還有紫紅、洋紅、苯胺紫、棕褐色、橄欖綠等光譜中沒(méi)有的顏色。

飽和度也就是顏色的深淺，在紅色中加了一些白色就成了飽和度較低的粉紅色。亮度是一個(gè)容易與物理學(xué)里光的強(qiáng)度混淆的概念。在物理學(xué)中光的強(qiáng)度取決于單位時(shí)間里發(fā)射的光量子的數(shù)目，而視覺(jué)感受到的顏色亮度與此大相徑庭。

例如強(qiáng)度完全相同的黃色光和藍(lán)色光，人眼看起來(lái)黃光更亮，藍(lán)光要昏暗得多。道理很簡(jiǎn)單，因?yàn)槿说囊暰W(wǎng)膜對(duì)550納米的黃綠光最為靈敏，所以感覺(jué)最亮。這也是人類(lèi)萬(wàn)億年視覺(jué)進(jìn)化的成果吧！因?yàn)樵诘厍虮砻妫ㄩL(zhǎng)在這個(gè)區(qū)域的光線強(qiáng)度最大。（以前用的白熾燈發(fā)光也在這個(gè)區(qū)域。近年來(lái)嶄露頭角的LED燈和其它光源，他們通常發(fā)出波長(zhǎng)450納米的藍(lán)色光，雖然節(jié)約了能源，對(duì)視網(wǎng)膜的損傷恐怕不容小覷。）而由此進(jìn)化而來(lái)的人的眼球，前部的黃色晶狀體，不僅是一個(gè)可以調(diào)節(jié)焦距的透鏡，還起到了一個(gè)濾色鏡的作用。

圖1：莫奈《日本橋》

它為黃綠色光的通過(guò)大開(kāi)方便之門(mén)，對(duì)藍(lán)色和紫色的光有一定的吸收和阻礙，并截然切斷了波長(zhǎng)范圍為400納米的遠(yuǎn)紫色部分。年老的畫(huà)家在繪畫(huà)里比較少的使用藍(lán)色的或紫色的色調(diào)。就是因?yàn)殡S著年齡增大，眼睛晶狀體的黃色越深，對(duì)于一般的藍(lán)色與紫色看不見(jiàn)了。圖1是莫奈大師82歲畫(huà)的《日本橋》，原來(lái)就有白內(nèi)障的他由于晶狀體黃色沉積又患上了黃視癥，看到的一切都泛黃色，在畫(huà)中可見(jiàn)一斑。

他哀傷地說(shuō)：“紅色對(duì)我來(lái)說(shuō)像泥巴，橙色太談，許多顏色都離我而去?！碑?huà)中出現(xiàn)的少許紫藍(lán)色，據(jù)記載是他憑顏料錫管上的標(biāo)簽來(lái)辨認(rèn)它們的，因?yàn)榇藭r(shí)的莫奈已經(jīng)分不清顏色了。莫奈在接受第二次白內(nèi)障手術(shù)時(shí)，醫(yī)生摘掉了他的晶狀體，于是他看出去一些東西又都成紫色，不得不去配了一付黃色的濾色鏡才能看到東西。后來(lái)的抽象畫(huà)派推崇莫奈大師的晚期畫(huà)出了“最柔和、最蒙朧、最迷幻的美麗作品”。

近十幾年來(lái)的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，眼球的晶狀體會(huì)變得混濁、發(fā)黃不僅僅是老年人的專利，在紫外線強(qiáng)烈的熱帶地區(qū)的居民也會(huì)如此。事實(shí)上，這是晶狀體自我保護(hù)的一種手段，進(jìn)而引起了視覺(jué)障礙，所以那里的土著人會(huì)看不到藍(lán)色，甚至在他們的語(yǔ)言里沒(méi)有“藍(lán)色”一詞。

03
二種視覺(jué)細(xì)胞

人的視網(wǎng)膜里存在二種視覺(jué)細(xì)胞：錐細(xì)胞和桿細(xì)胞。錐細(xì)胞有600萬(wàn)個(gè)，主要集中在視網(wǎng)膜中心，有一個(gè)小而淺的凹處稱為小窩，比針尖還小，眼睛所有細(xì)微的觀察都要靠它；桿細(xì)胞有1.2億個(gè)，分布在視網(wǎng)膜的四周外圍。

正是這兩種神經(jīng)器官的聯(lián)袂工作、交替活動(dòng)，讓人既能看到色彩繽紛的美景，也能感受灰暗朦朧的夜色，既能全神貫注地注視物體的精細(xì)結(jié)構(gòu)，也能通過(guò)匆匆一瞥了解環(huán)境的大體輪廓。而人的眼球在大腦反饋的指令下不斷地運(yùn)動(dòng)，使視網(wǎng)膜上的圖像不斷地更迭變化，派生出許許多多奇妙的神經(jīng)感受。

在極弱的光線下，比如星光或不太明亮的月光下，只有桿細(xì)胞在起作用，靈敏度差一點(diǎn)的錐細(xì)胞則完全沒(méi)有被激發(fā)；在較弱的光線下（大約是人眼所能感應(yīng)的最低亮度的一千倍時(shí)），錐細(xì)胞便開(kāi)始起作用了，對(duì)顏色有微弱感覺(jué)是它們開(kāi)始起作用的標(biāo)志；在中等亮度范圍內(nèi)，桿細(xì)胞和錐細(xì)胞同時(shí)起作用。隨著亮度的增大，錐細(xì)胞開(kāi)始主宰了視覺(jué)，這時(shí)我們看到的是五光十色的大千世界。

有趣的是，在外界光線由強(qiáng)轉(zhuǎn)弱或由弱轉(zhuǎn)強(qiáng)的過(guò)程中，由于是二種兩種視覺(jué)細(xì)胞的聯(lián)袂工作，還會(huì)產(chǎn)生一種奇妙視覺(jué)現(xiàn)象——浦肯雅現(xiàn)象。

圖2：二種視覺(jué)細(xì)胞（桿細(xì)胞和錐細(xì)胞）對(duì)不同波長(zhǎng)的電磁波的光感受

浦肯野（1787—1869），捷克生理學(xué)家，在神經(jīng)科學(xué)上多有建樹(shù)。1825年他觀察到一種現(xiàn)象：在凌晨的曙光中藍(lán)色物體看起來(lái)要比紅色物體亮一些，但是隨著晨光的到來(lái)，它們又逐漸變暗。

產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是二種視覺(jué)細(xì)胞對(duì)光譜的感光度上有很大的差別: 桿細(xì)胞的最大感光度大約在500納米的藍(lán)綠光區(qū)域（靠近藍(lán)色）；而錐細(xì)胞的最大感光度在560納米的黃綠光（靠近紅色）（圖2）。所以當(dāng)我們從成像不佳的弱光轉(zhuǎn)為成像清晰的強(qiáng)光時(shí)，人眼的感光度會(huì)移向紅端，所以原來(lái)比較暗的紅色也變得與藍(lán)色一樣亮了。

為了讓讀者感受浦肯雅現(xiàn)象的奇妙，筆者選擇了一幅蒙特里安的作品《紅、黃、藍(lán)》（圖3），想借助畫(huà)面上非常濃郁而純凈的藍(lán)色和紅色來(lái)做試驗(yàn)。荷蘭畫(huà)家蒙特里安是藝術(shù)史上著名的抽象畫(huà)大師，“格子畫(huà)”是他后期的特色，在形式多種多樣的格子里分別涂上了黃色、紅色和藍(lán)色。請(qǐng)讀者先在昏暗的環(huán)境下觀看此畫(huà)，然后在日光下觀看，此時(shí)你可以觀察到浦肯野現(xiàn)象。

圖3：原來(lái)明亮的藍(lán)色漸次顯得黯談，而紅色的卻格外鮮艷。

事實(shí)上，在觀眾的眼睛里，不同的外部光線作用下，畫(huà)上的顏色會(huì)發(fā)生變化，這種類(lèi)似的效應(yīng)還有如燭光效應(yīng)。20世紀(jì)前，許多畫(huà)家在創(chuàng)作的時(shí)候常常用燭光照明，燭光是一種橙色的光源，后來(lái)他們的作品放在博物館里展覽的時(shí)候都用白光照明。所以觀眾在博物館里看到的與原作比較，在色彩的感覺(jué)上有很大的區(qū)別。畢加索的某些展覽作品呈現(xiàn)藍(lán)色（圖4），被藝術(shù)史家稱為他創(chuàng)作的“藍(lán)色時(shí)期”，最近有文獻(xiàn)說(shuō)，這也許是燭光效應(yīng)在起作用。

圖4：畢加索《藍(lán)色時(shí)期的作品》

04
一條視覺(jué)的顏色通道

1964年，由生理學(xué)家E.F MacNichol用實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)承擔(dān)顏色感知主要任務(wù)的視錐細(xì)胞有三種類(lèi)型：第一類(lèi)對(duì)波長(zhǎng)420納米藍(lán)色光最靈敏（藍(lán)視錐細(xì)胞）；第二類(lèi)對(duì)波長(zhǎng)534納米綠色光最靈敏（綠視錐細(xì)胞）；第三類(lèi)對(duì)波長(zhǎng)564納米紅色光最靈敏（紅視錐細(xì)胞），它們組合起來(lái)使人的眼睛可以分辨100萬(wàn)種顏色。

視錐細(xì)胞送到視神經(jīng)的信息是一連串電脈沖，送出電脈沖的速率依賴于光的強(qiáng)度和波長(zhǎng)。視覺(jué)神經(jīng)通路從視網(wǎng)膜開(kāi)始，到達(dá)大腦的初級(jí)皮層V1區(qū)，然后把專門(mén)處理顏色、形狀等信息通向顳葉，這一條通路也稱為小細(xì)胞系統(tǒng)。與專門(mén)處理空間、運(yùn)動(dòng)等信息、也經(jīng)過(guò)初級(jí)皮層V1區(qū)，再通向大腦頂葉的大細(xì)胞系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，互相配合。

大腦在接收到視覺(jué)信息后還要與原來(lái)貯存的信息資料分析、比較才能得出結(jié)論。例如盆栽的紅花、綠葉在昏暗的照明下，桿細(xì)胞獲取的是黛花、灰葉的信息，但大腦經(jīng)過(guò)判斷仍然確認(rèn)它是紅花綠葉。有一種比喻，把確定空間位置和運(yùn)動(dòng)的大細(xì)胞系統(tǒng)看成是“視知覺(jué)家庭”的男主人，把處理顏色的小細(xì)胞系統(tǒng)看成是家里的太太，起著添光增彩作用，到也十分形象。

小細(xì)胞系統(tǒng)是接收和傳遞顏色信息的主要通道，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)受損，便會(huì)讓病人的視野大為遜色。圖5是三幅筆者參考了由視覺(jué)神經(jīng)科學(xué)家OliverSack通過(guò)測(cè)試制作的圖像原理，重新找到一幅梵高的作品圖制作的。

圖5（上）：梵高《風(fēng)景》——正常人眼里的圖像

圖5（中）：紅\綠色盲病人眼見(jiàn)的圖像：梵高《風(fēng)景》，畫(huà)中的綠色草地和紅色的房頂都褪色了

圖5（下）：色盲病人眼中的梵高《風(fēng)景》

上圖是一般人的視覺(jué)圖像；中圖是第二類(lèi)\第三類(lèi)視覺(jué)錐細(xì)胞有缺損的病人見(jiàn)到的視覺(jué)圖像；圖中顯示的紅\綠顏色與正常視覺(jué)有很大差異；下圖是大腦處理色彩部分受到損傷者見(jiàn)到的視覺(jué)圖像，完全失去光彩，成為灰蒙蒙的一片。

科學(xué)家說(shuō)造成色盲（中圖）的原因是位于X染色體上的長(zhǎng)—中波長(zhǎng)的視錐細(xì)胞基因缺損。由于女性有兩條X染色體，而男性只有一條。因此，帶有一個(gè)基因突變的女性還可以有正常的色覺(jué)，而男性沒(méi)有這樣的幸運(yùn)，就此造成色覺(jué)異常了，所以有男性色盲占多數(shù)，而女性色盲者不足百分之一。

事實(shí)上，第二類(lèi)\第三類(lèi)視覺(jué)錐細(xì)胞有缺損的病人也不是真正的色盲，他們還是能夠與正常人一樣區(qū)分許多顏色，只是會(huì)把幾組正常人看起來(lái)不同的色彩當(dāng)做一樣的了。第一類(lèi)視覺(jué)錐細(xì)胞的自我保護(hù)能力遠(yuǎn)勝于上述二類(lèi)，因?yàn)槊總€(gè)人都有它的基因拷貝，所以很少見(jiàn)到有因缺少短波長(zhǎng)的視錐細(xì)胞基因而無(wú)法區(qū)別黃綠及藍(lán)色光的病例。而大腦處理色彩的部分受到傷害了，視覺(jué)景象成了真正的“黑白”片。

有趣的是，一些著名的繪畫(huà)大師也是紅\綠顏色盲，如英國(guó)風(fēng)景畫(huà)家JohnConstable，就是一位，當(dāng)他看到粉色、紅色或者橘黃色時(shí)候，他無(wú)法感知紅色的部分，所以只能看到剩下的綠色和藍(lán)色。圖6是他的代表作《威文侯公園》，從中也可以看出一些端倪。

圖6：John Constable《威文侯公園》

我國(guó)近代著名畫(huà)家黃賓虹88歲的時(shí)候，白內(nèi)障急遽惡化，雙目近乎失明。顯然他視網(wǎng)膜的黃斑受損，色覺(jué)已經(jīng)蕩然無(wú)存，但是黃賓虹仍作畫(huà)不輟，畫(huà)風(fēng)一新，不過(guò)都是沒(méi)上顏色的水墨畫(huà)。

黃賓虹《山水畫(huà)》89歲作品

05
色覺(jué)與情感

正由于人類(lèi)具有比較敏銳的色覺(jué)系統(tǒng)（3種視錐細(xì)胞和一條專門(mén)的視覺(jué)的顏色通道），較之大多數(shù)只有2種、甚至1種視錐細(xì)胞，只能感受灰色、無(wú)趣環(huán)境的哺乳類(lèi)動(dòng)物不同。有幸享受大千世界里的色彩繽紛。

諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者Frank Wilczek說(shuō)：“色彩是大自然對(duì)人類(lèi)的微笑?！彼囆g(shù)史家貢布里希也說(shuō)：“沒(méi)有一種視覺(jué)元素能夠像色彩那樣給我們那么多的愉悅?！彼?，色彩與人的情感之間的關(guān)系相當(dāng)密切。許多人都有自己喜歡的色彩，并且總是受到它的吸引：他們會(huì)穿這種顏色的衣服，甚至把房間的墻壁涂成這種顏色。

研究證明，色彩能夠影響人的心理和生理反應(yīng)。研究美學(xué)的英國(guó)心理學(xué)家布洛（Edward Bullough）認(rèn)為，色彩最容易引起人的兩種心理活動(dòng)：聯(lián)想和移情，而這兩種心理活動(dòng)恰好是啟動(dòng)人的情感活動(dòng)的金鑰匙。人們?cè)诳吹侥撤N顏色時(shí)，往往立刻想到和它有關(guān)的事物，例如看見(jiàn)藍(lán)色就想到天空和海洋，見(jiàn)到綠色就想到草木。再進(jìn)一步，聯(lián)想可以把以往附著在某種事物上的情感轉(zhuǎn)移到和它相關(guān)的顏色上去，比如我們把綠色與生命、健康、環(huán)保和生機(jī)勃勃聯(lián)系起來(lái)，把它看成生命與自然的象征，這便是移情。

當(dāng)然，這樣的感受因人而異。不過(guò)，色彩絢麗的作品容易引起觀眾的共鳴，這也是不爭(zhēng)的事實(shí)。所以，20世紀(jì)初，當(dāng)西方擺脫了寫(xiě)實(shí)傳統(tǒng)的桎梏，以色彩為特點(diǎn)的現(xiàn)代繪畫(huà)流派就脫穎而出，圖7是20世紀(jì)初橫空出世的野獸派大師馬蒂斯的《紅色的餐桌》，他的作品濃墨重彩，非常吸引觀眾的眼球。

圖7：《紅色的餐桌》

圖8：邁克爾·懷特設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)圖，其右側(cè)的灰色看上去似乎要比左側(cè)的灰線更加明亮。但是，測(cè)量?jī)x器會(huì)告知我們，它們的灰度是完全一樣的。

雖說(shuō)色覺(jué)是人類(lèi)對(duì)顏色的感覺(jué)，是一種主觀體驗(yàn)，不僅僅取決于人的視覺(jué)系統(tǒng)、大腦的視皮層，以及人的心理和生理等等個(gè)人因素，與被觀察的客觀對(duì)象息息相關(guān)也是顯而易見(jiàn)的。

最值得關(guān)注的（也是畫(huà)家最需要掌握的）是視場(chǎng)對(duì)比（見(jiàn)圖8）。讀者有體會(huì)，把二種不同的色彩放在一起，觀察者對(duì)色彩的感受會(huì)發(fā)生改變。


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