世界为什么是彩色的

天狼晓月

世界为什么是彩色的

世界在我们眼里为什么是彩色的？这是因为我们的眼睛感受到了不同波长的光。

为什么不同波长的光线可以让人感受到不同的颜色呢？原来在视网膜上，有一类非常重要的感光细胞，叫做视锥细胞。这类细胞不仅可以接收光子，让人看见东西，还负责分辨不同的颜色。在人类的眼睛里，视锥细胞分为三种，可以被不同波长的光线激活。当这三种视锥细胞被激活以后就会给大脑传递信号。

人视锥细胞感光示意图。横轴表示了不同的波长的光对映的颜色，三条白色的曲线表示了人的三种视锥细胞对不同波长光源的敏感程度。在中长波的光区，因为有两种视锥细胞（M和L），所以人能分辨出多种颜色。而在短波区只有视锥S，所以对人来说，这一区域的光只是深浅不同，并没有颜色的变化。图片来自：wikipedia.com

在大脑皮层里，来自三种视锥细胞的信号被接收，随后又被通过合适的方式整合起来。只有这样，我们才能“看”到某种颜色。当所有类型的细胞以相同的程度被激活，我们就能“看”见白色，如果只有红色敏感视锥细胞和绿色敏感视锥细胞被以相同的程度激活，我们就能“看”见黄色[1]。如果用稍微抽象一点的语言来说，三种视锥细胞的功能是把光的波长这个一维的直线转换成了三维的视觉空间，三维空间里的每个点对应了一个颜色。就这样，光线的世界在我们面前变得多彩起来。

三种视锥细胞相当于把一维的光波长映射到三维颜色空间中。图片来自：wikipedia.com

虽然不同的人对同一个波长可能有不同的感觉，但基本上是大同小异。如果差异超出了正常范围，那么这个人在色觉感知能力上可能会出现问题。色盲就属于这样的问题。在视锥细胞里，负责感受光线波长的是色素蛋白质。在很多色盲患者的体内，编码色素的基因发生了变异。举个例子，如果一个人的绿敏色素发生了变异，那么绿敏视锥细胞就不会被相应的绿光激活。绿色色盲患者在那个波长的光的辨色能力就会下降。从图1中我们可以发现，在短波区，因为只有一种视锥细胞会被明显激活，所以在400-480纳米的地方我们都只能看到蓝色，只是深浅不同而已；而在520-600纳米的中长光区里，有2种视锥细胞被激活，于是我们就能看到绿色、青色、黄色、橙色和红色等不同的颜色。对于那些红色视锥或绿色视锥失效的色盲患者来说，红色和绿色也变成了深浅不同的同一种颜色，所以红绿色盲很难分辨这两种颜色。

正常人眼中的彩虹和红绿色盲眼中的彩虹。图片来自：wikipedia.com