色彩是大自然對人類的微笑。

——諾貝爾物理學獎獲得者Frank Wilczek

撰文 | 林鳳生（上海大學教授）

01
色彩與(yu) 色覺

“赤橙黃綠青藍紫，誰持彩練當空舞？雨後複斜陽，關(guan) 山陣陣蒼。”這是出自《菩薩蠻·大柏地》的詞。在夏日的午後，雨過天晴空氣裏充滿了雨珠，在斜陽的照射下映現出美麗(li) 的彩虹。

物理學說：光是一種電磁波，每一種顏色的光都有一定的波長，可見光由紅到紫對應的波長在390-760納米。當由七種色光組成的陽光照射到懸浮在天空的雨珠上，經過入射、幾次反射，再折射離開雨珠，因為(wei) 各種色光對水的折射率不一樣發生了色散，形成了一條彩色的虹。折射光進入觀察者的眼睛，人就看到了彩虹。

請讀者留意：觀察者看到的赤橙黃綠青藍紫是一種主觀體(ti) 驗，叫做色覺。與(yu) 光學上說的色光（一定頻率的電磁波）不是一回事。色覺是人的一種主觀體(ti) 驗，所以大千世界裏的五光十色，在每個(ge) 人的眼裏、頭腦裏的感覺也是不盡相同的。

02
色覺的三要素

為(wei) 了能精準地描述人對顏色的感受，生理—心理學提出三要素概念：色調、飽和度和亮度。色調也就是顏色，赤、橙、紅、綠、青、藍和紫等來自太陽光的叫做光譜色，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(ge) 容易與(yu) 物理學裏光的強度混淆的概念。在物理學中光的強度取決(jue) 於(yu) 單位時間裏發射的光量子的數目，而視覺感受到的顏色亮度與(yu) 此大相徑庭。

例如強度完全相同的黃色光和藍色光，人眼看起來黃光更亮，藍光要昏暗得多。道理很簡單，因為(wei) 人的視網膜對550納米的黃綠光最為(wei) 靈敏，所以感覺最亮。這也是人類萬(wan) 億(yi) 年視覺進化的成果吧！因為(wei) 在地球表麵，波長在這個(ge) 區域的光線強度最大。（以前用的白熾燈發光也在這個(ge) 區域。近年來嶄露頭角的LED燈和其它光源，他們(men) 通常發出波長450納米的藍色光，雖然節約了能源，對視網膜的損傷(shang) 恐怕不容小覷。）而由此進化而來的人的眼球，前部的黃色晶狀體(ti) ，不僅(jin) 是一個(ge) 可以調節焦距的透鏡，還起到了一個(ge) 濾色鏡的作用。

圖1：莫奈《日本橋》

它為(wei) 黃綠色光的通過大開方便之門，對藍色和紫色的光有一定的吸收和阻礙，並截然切斷了波長範圍為(wei) 400納米的遠紫色部分。年老的畫家在繪畫裏比較少的使用藍色的或紫色的色調。就是因為(wei) 隨著年齡增大，眼睛晶狀體(ti) 的黃色越深，對於(yu) 一般的藍色與(yu) 紫色看不見了。圖1是莫奈大師82歲畫的《日本橋》，原來就有白內(nei) 障的他由於(yu) 晶狀體(ti) 黃色沉積又患上了黃視症，看到的一切都泛黃色，在畫中可見一斑。

他哀傷(shang) 地說：“紅色對我來說像泥巴，橙色太談，許多顏色都離我而去。”畫中出現的少許紫藍色，據記載是他憑顏料錫管上的標簽來辨認它們(men) 的，因為(wei) 此時的莫奈已經分不清顏色了。莫奈在接受第二次白內(nei) 障手術時，醫生摘掉了他的晶狀體(ti) ，於(yu) 是他看出去一些東(dong) 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(dong) 西。後來的抽象畫派推崇莫奈大師的晚期畫出了“最柔和、最蒙朧、最迷幻的美麗(li) 作品”。

近十幾年來的科學研究發現，眼球的晶狀體(ti) 會(hui) 變得混濁、發黃不僅(jin) 僅(jin) 是老年人的專(zhuan) 利，在紫外線強烈的熱帶地區的居民也會(hui) 如此。事實上，這是晶狀體(ti) 自我保護的一種手段，進而引起了視覺障礙，所以那裏的土著人會(hui) 看不到藍色，甚至在他們(men) 的語言裏沒有“藍色”一詞。

03
二種視覺細胞

人的視網膜裏存在二種視覺細胞：錐細胞和杆細胞。錐細胞有600萬(wan) 個(ge) ，主要集中在視網膜中心，有一個(ge) 小而淺的凹處稱為(wei) 小窩，比針尖還小，眼睛所有細微的觀察都要靠它；杆細胞有1.2億(yi) 個(ge) ，分布在視網膜的四周外圍。

正是這兩(liang) 種神經器官的聯袂工作、交替活動，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(ti) 的精細結構，也能通過匆匆一瞥了解環境的大體(ti) 輪廓。而人的眼球在大腦反饋的指令下不斷地運動，使視網膜上的圖像不斷地更迭變化，派生出許許多多奇妙的神經感受。

在極弱的光線下，比如星光或不太明亮的月光下，隻有杆細胞在起作用，靈敏度差一點的錐細胞則完全沒有被激發；在較弱的光線下（大約是人眼所能感應的最低亮度的一千倍時），錐細胞便開始起作用了，對顏色有微弱感覺是它們(men) 開始起作用的標誌；在中等亮度範圍內(nei) ，杆細胞和錐細胞同時起作用。隨著亮度的增大，錐細胞開始主宰了視覺，這時我們(men) 看到的是五光十色的大千世界。

有趣的是，在外界光線由強轉弱或由弱轉強的過程中，由於(yu) 是二種兩(liang) 種視覺細胞的聯袂工作，還會(hui) 產(chan) 生一種奇妙視覺現象——浦肯雅現象。

圖2：二種視覺細胞（杆細胞和錐細胞）對不同波長的電磁波的光感受

浦肯野（1787—1869），捷克生理學家，在神經科學上多有建樹。1825年他觀察到一種現象：在淩晨的曙光中藍色物體(ti) 看起來要比紅色物體(ti) 亮一些，但是隨著晨光的到來，它們(men) 又逐漸變暗。

產(chan) 生這種現象的原因是二種視覺細胞對光譜的感光度上有很大的差別: 杆細胞的最大感光度大約在500納米的藍綠光區域（靠近藍色）；而錐細胞的最大感光度在560納米的黃綠光（靠近紅色）（圖2）。所以當我們(men) 從(cong) 成像不佳的弱光轉為(wei) 成像清晰的強光時，人眼的感光度會(hui) 移向紅端，所以原來比較暗的紅色也變得與(yu) 藍色一樣亮了。

為(wei) 了讓讀者感受浦肯雅現象的奇妙，筆者選擇了一幅蒙特裏安的作品《紅、黃、藍》（圖3），想借助畫麵上非常濃鬱而純淨的藍色和紅色來做試驗。荷蘭(lan) 畫家蒙特裏安是藝術史上著名的抽象畫大師，“格子畫”是他後期的特色，在形式多種多樣的格子裏分別塗上了黃色、紅色和藍色。請讀者先在昏暗的環境下觀看此畫，然後在日光下觀看，此時你可以觀察到浦肯野現象。

圖3：原來明亮的藍色漸次顯得黯談，而紅色的卻格外鮮豔。

事實上，在觀眾(zhong) 的眼睛裏，不同的外部光線作用下，畫上的顏色會(hui) 發生變化，這種類似的效應還有如燭光效應。20世紀前，許多畫家在創作的時候常常用燭光照明，燭光是一種橙色的光源，後來他們(men) 的作品放在博物館裏展覽的時候都用白光照明。所以觀眾(zhong) 在博物館裏看到的與(yu) 原作比較，在色彩的感覺上有很大的區別。畢加索的某些展覽作品呈現藍色（圖4），被藝術史家稱為(wei) 他創作的“藍色時期”，最近有文獻說，這也許是燭光效應在起作用。

圖4：畢加索《藍色時期的作品》

04
一條視覺的顏色通道

1964年，由生理學家E.F MacNichol用實驗發現承擔顏色感知主要任務的視錐細胞有三種類型：第一類對波長420納米藍色光最靈敏（藍視錐細胞）；第二類對波長534納米綠色光最靈敏（綠視錐細胞）；第三類對波長564納米紅色光最靈敏（紅視錐細胞），它們(men) 組合起來使人的眼睛可以分辨100萬(wan) 種顏色。

視錐細胞送到視神經的信息是一連串電脈衝(chong) ，送出電脈衝(chong) 的速率依賴於(yu) 光的強度和波長。視覺神經通路從(cong) 視網膜開始，到達大腦的初級皮層V1區，然後把專(zhuan) 門處理顏色、形狀等信息通向顳葉，這一條通路也稱為(wei) 小細胞係統。與(yu) 專(zhuan) 門處理空間、運動等信息、也經過初級皮層V1區，再通向大腦頂葉的大細胞係統相對獨立，互相配合。

大腦在接收到視覺信息後還要與(yu) 原來貯存的信息資料分析、比較才能得出結論。例如盆栽的紅花、綠葉在昏暗的照明下，杆細胞獲取的是黛花、灰葉的信息，但大腦經過判斷仍然確認它是紅花綠葉。有一種比喻，把確定空間位置和運動的大細胞係統看成是“視知覺家庭”的男主人，把處理顏色的小細胞係統看成是家裏的太太，起著添光增彩作用，到也十分形象。

小細胞係統是接收和傳(chuan) 遞顏色信息的主要通道，其中任何一個(ge) 環節受損，便會(hui) 讓病人的視野大為(wei) 遜色。圖5是三幅筆者參考了由視覺神經科學家OliverSack通過測試製作的圖像原理，重新找到一幅梵高的作品圖製作的。

圖5（上）：梵高《風景》——正常人眼裏的圖像

圖5（中）：紅\綠色盲病人眼見的圖像：梵高《風景》，畫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《風景》

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

科學家說造成色盲（中圖）的原因是位於(yu) X染色體(ti) 上的長—中波長的視錐細胞基因缺損。由於(yu) 女性有兩(liang) 條X染色體(ti) ，而男性隻有一條。因此，帶有一個(ge) 基因突變的女性還可以有正常的色覺，而男性沒有這樣的幸運，就此造成色覺異常了，所以有男性色盲占多數，而女性色盲者不足百分之一。

事實上，第二類\第三類視覺錐細胞有缺損的病人也不是真正的色盲，他們(men) 還是能夠與(yu) 正常人一樣區分許多顏色，隻是會(hui) 把幾組正常人看起來不同的色彩當做一樣的了。第一類視覺錐細胞的自我保護能力遠勝於(yu) 上述二類，因為(wei) 每個(ge) 人都有它的基因拷貝，所以很少見到有因缺少短波長的視錐細胞基因而無法區別黃綠及藍色光的病例。而大腦處理色彩的部分受到傷(shang) 害了，視覺景象成了真正的“黑白”片。

有趣的是，一些著名的繪畫大師也是紅\綠顏色盲，如英國風景畫家JohnConstable，就是一位，當他看到粉色、紅色或者橘黃色時候，他無法感知紅色的部分，所以隻能看到剩下的綠色和藍色。圖6是他的代表作《威文侯公園》，從(cong) 中也可以看出一些端倪。

圖6：John Constable《威文侯公園》

我國近代著名畫家黃賓虹88歲的時候，白內(nei) 障急遽惡化，雙目近乎失明。顯然他視網膜的黃斑受損，色覺已經蕩然無存，但是黃賓虹仍作畫不輟，畫風一新，不過都是沒上顏色的水墨畫。

黃賓虹《山水畫》89歲作品

05
色覺與(yu) 情感

正由於(yu) 人類具有比較敏銳的色覺係統（3種視錐細胞和一條專(zhuan) 門的視覺的顏色通道），較之大多數隻有2種、甚至1種視錐細胞，隻能感受灰色、無趣環境的哺乳類動物不同。有幸享受大千世界裏的色彩繽紛。

諾貝爾物理學獎獲得者Frank Wilczek說：“色彩是大自然對人類的微笑。”藝術史家貢布裏希也說：“沒有一種視覺元素能夠像色彩那樣給我們(men) 那麽(me) 多的愉悅。”所以，色彩與(yu) 人的情感之間的關(guan) 係相當密切。許多人都有自己喜歡的色彩，並且總是受到它的吸引：他們(men) 會(hui) 穿這種顏色的衣服，甚至把房間的牆壁塗成這種顏色。

研究證明，色彩能夠影響人的心理和生理反應。研究美學的英國心理學家布洛（Edward Bullough）認為(wei) ，色彩最容易引起人的兩(liang) 種心理活動：聯想和移情，而這兩(liang) 種心理活動恰好是啟動人的情感活動的金鑰匙。人們(men) 在看到某種顏色時，往往立刻想到和它有關(guan) 的事物，例如看見藍色就想到天空和海洋，見到綠色就想到草木。再進一步，聯想可以把以往附著在某種事物上的情感轉移到和它相關(guan) 的顏色上去，比如我們(men) 把綠色與(yu) 生命、健康、環保和生機勃勃聯係起來，把它看成生命與(yu) 自然的象征，這便是移情。

當然，這樣的感受因人而異。不過，色彩絢麗(li) 的作品容易引起觀眾(zhong) 的共鳴，這也是不爭(zheng) 的事實。所以，20世紀初，當西方擺脫了寫(xie) 實傳(chuan) 統的桎梏，以色彩為(wei) 特點的現代繪畫流派就脫穎而出，圖7是20世紀初橫空出世的野獸(shou) 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(zhong) 的眼球。

圖7：《紅色的餐桌》

圖8：邁克爾·懷特設計的實驗圖，其右側(ce) 的灰色看上去似乎要比左側(ce) 的灰線更加明亮。但是，測量儀(yi) 器會(hui) 告知我們(men) ，它們(men) 的灰度是完全一樣的。

雖說色覺是人類對顏色的感覺，是一種主觀體(ti) 驗，不僅(jin) 僅(jin) 取決(jue) 於(yu) 人的視覺係統、大腦的視皮層，以及人的心理和生理等等個(ge) 人因素，與(yu) 被觀察的客觀對象息息相關(guan) 也是顯而易見的。

最值得關(guan) 注的（也是畫家最需要掌握的）是視場對比（見圖8）。讀者有體(ti) 會(hui) ，把二種不同的色彩放在一起，觀察者對色彩的感受會(hui) 發生改變。


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