把科学带回家
2018-01-30本文由公众号“把科学带回家”提供。给孩子最好的科学教育。今天的故事需要调用你最大程度的想象力。先拿一瓶娃哈哈搬个小板凳坐好。我们人类能看见彩虹色，赤橙黄绿青蓝紫嘛，一点也不稀奇。我们也可以看到它们的混合色，比如红颜料+绿颜料就是棕色，黄颜料+蓝颜料就是绿色。你可能会觉得，这又有什么呢？没错，你有没有曾经质疑过这个看起来是常识的现象呢？
为什么红+绿总是棕色，而不是红的绿色，或绿的红色？黄+蓝总是绿色，而不是黄的蓝色，或蓝的黄色？你或许会开始笑了，这个问题也太傻了吧，世界上怎么可能有红的绿色，黄的蓝色呢？这些颜色根本不可能存在啊！这就是问题了…为什么它们不可能存在呢？这并不是一个愚蠢的问题。科学家们认为，红的绿色，黄的蓝色不能够存在是因为它们违反了一个经典的理论，就好像出现了超光速的物质一样是不现实的。
一些人还给这些不可能的颜色取了个名字——禁色（forbidden color）。禁色为什么不可能存在？先从眼睛说起。眼睛里面接收光线的有两类长在视网膜上的细胞，分别叫做视锥细胞和视杆细胞。视锥细胞的功能主要是看光线的颜色；视杆细胞几乎看不到颜色，主要是用来分辨明暗程度的。视锥细胞也分成3类：红、绿、蓝。上面的3条曲线对应着3类视锥细胞对不同色光的反应。下面一行是可见光的光谱。
我们知道可见光按照波长可以被画成一个光谱，我们看到的彩虹的颜色正好对应着这个光谱。根据这个光谱，每种视锥细胞对某种特定波长的光有特别强的反应，对附近的光反应弱一些，对遥远的光几乎没有反应（红视锥细胞除外）。你可以把这3类视锥细胞想象成红光、绿光和蓝光的粉丝团。绿光的粉丝团最喜欢绿光，绿光来了它们就会疯狂地打call，哭着说“看我啊看我啊，你的小可爱在这里”...如果蓝光来了，它们的反应就比较冷漠。
所以我们能看到红绿蓝颜色之外的颜色是怎么回事？先以黄色为例。如果你看到了黄色，实际上有2种可能性，一种情况是你真的看到了黄光；另一种情况是你同时看到了红光和绿光，黄色是被你脑补出来的。我们的视锥细胞里没有黄光的粉丝团。如果黄光照到了视锥细胞上，那么红光和绿光的粉丝团都会小激动一下，然后大脑就会让我们看见黄色。
黄光可以同时激活红光和绿光的粉丝团，那么如果一束由红光和绿光组成的光线照到眼睛里，激活的不也是它俩吗？那我们看到的不也是黄色吗？的确如此。绿光+红光变成了黄色，这黄色其实是你脑补的。其实蓝光+绿光的青色，以及蓝光+红光的紫色，也是你脑补的，自然光谱里没有图中的青色和紫色。你可能还会表示不服——为什么把红色颜料和绿色颜料混合，看起来是棕色，而不是黄色呢？这是因为…棕色是一种亮度更低的黄色。
红色颜料能反射红光，吸收其他颜色的光线。绿色颜料能反射绿光，吸收其他颜色的光线。它俩合起来以后，红光绿光之外的光线自然基本都被吸收了，而红色颜料会吸收一部分绿光，绿色颜料会吸收一部分红光，所以它俩相当于互相把对方的颜色调暗了。变暗的红光和绿光合在一起，在人眼看来还是黄色，只不过是更暗淡的黄色，你的大脑告诉你这叫做棕色。还不信？
打开电脑的调色板，在RGB格式中输入（255，255，0），你会看到黄色。现在把黄色的亮度降低，比如输入（60，60，0），你就会看到棕色。RGB（255，255，0）是黄色（左），RGB（60，60，0）是一种亮度更低的黄色，或者说棕色。注意到了吗，红，绿，蓝的英文分别是Red、Green、Blue，首字母缩写恰好就是RGB。
是的，这不是个巧合，计算机RGB显色系统就是利用人类的RGB视锥细胞可以呈现人能看到的任何颜色的原理。在计算机的RGB色彩系统里，括号里的3个数字分别对应着红、绿、蓝的强度。因此没有蓝色，而红色和绿色强度一样的情况下，你就会看到黄色。如果红色和绿色的强度变弱，你就会看到棕色。如果你再翻出可见光光谱出来，你就会看到，黄光不正好就在绿光和红光之间吗？难道说大脑给做了个平均？
那不对啊，蓝光加红光不是紫色么，不可能是它俩的平均值绿色啊？而且彩虹里的紫色是怎么来的呢，紫色不是在光谱的最边上么，它不是只有蓝光的粉丝团稀罕么？没错，在人眼中，蓝光+红光的确是紫色，而比蓝光的波长还短的紫光在我们眼里也是紫色。其实吧，你看到的紫色也有2种，一种是真的紫光，一种是你脑补出来的紫色。这是怎么回事？实际上，红光的粉丝团其实还偷偷喜欢紫光，它其实也会对光谱中紫色区域的光线有些反应。
也就是说，真正的紫光照射到视网膜上以后，不光蓝光的粉丝团会很激动，红光的粉丝团的内心也有波澜。因此你才会看到紫色。这就是为什么，如果把蓝光和红光混在一起，你就会看到紫色，而不是光谱中蓝光和红光中间的任何颜色。但这并不是说你真的看到了紫光，你的眼睛实际上被骗了。说到这里你应该明白彩虹色都是怎么被我们看见的了。可是最初的问题还是没有解决。
教科书里说，人类不可能同时看到红+绿，黄+蓝，或者说禁色，这是因为拮抗理论（opponent-processing model）的存在。拮抗理论说，虽然人的视锥细胞的确能看到红绿蓝，但是从视锥细胞往上，人的大脑里用来看颜色的只有2个表：红/绿，和黄/蓝。你可以把红/绿表想象成一根温度计，红色就是零上，绿色就是零下，又有红又有绿就相互抵消变成0。黄/蓝表也是一样。
这两个表一搭配，大脑就能读取所有的可见光。红/绿表不能同时指示红和绿，就像温度计不能同时显示2个数字一样，因此拮抗理论说不能同时看到又绿又红而不是黄色的颜色（或又黄又蓝而不是绿）。可是拮抗理论还是无法完全解释，为什么绿光+蓝光使人看到自然光谱里没有的青色，而红光+绿光以后，我们非得看到自然光谱里有的黄色，而不是另一种新的颜色呢？
一个名叫Hewitt Crane的科学家和小伙伴Thomas Piantanida开始尝试创造禁色。1983年的时候，他们说他们成功了。他们的方法就是把红和绿，或蓝和黄并排放在一起，然后通过一个复杂的机器，使同样的颜色总是照射在视网膜的同一个地方。参与实验的人说他们看见两个颜色之间的分界线消失了，红色和绿色汇合到了一起，但他们看见的不是黄色或棕色，而是一种从未见过的神奇的新颜色。
一开始，其他科学家们的反应是受到了惊吓，因为这击碎了他们在教科书上学到的拮抗理论的基本原理。但是后来一些人重复出了禁色，而且参加实验的不是一般人，而是一群从事视觉研究，对拮抗理论了如指掌的科学家。现在有越来越多的开始人相信，禁色是可能存在的。用了50年的教科书，以后可能要被改写了。想真正看到禁色需要氪金上面提到的复杂的器材。
普通玩家的你如果想看到禁色，可以尽量让眼睛斗鸡地盯着下面的图，使左右2个+重合。研究禁色的科学家们表示这种方法可以让一些人看到禁色。开心点啊斗鸡眼，虽然你平时看东西都乘以2，但是你可以看到我们凡人看不到的颜色啊！