一口气搞懂︱颜色的奥秘，物理学和生物学共同作用的结果
我们的世界五彩斑斓，各种颜色代表了各种心情，如果我们的世界失去了色彩，我们的生活将变的乏味、无趣。那你有没有想过我们是如何看到各种不同的颜色的？有些同学会说：是因为物体对光线的吸收和反射的缘故！这个回答并不完整，毕竟动物眼中的世界和我们人类不一样。所以我们如何看待颜色是物理学和生物学共同努力的结果，今天我们就深入了解下颜色的奥秘。
当你看着香蕉说：“它是黄色的！”你能看到黄色并不只和香蕉有关，你也是这个物理过程的参与者，其中还包括光源。我们知道苹果是红色的，天空是蓝色的，草是绿色的等等。
那么我们要看到任何颜色，都需要三个要素:
- 一个光源
- 一个被观察对象
- 一双眼睛
这三个要素缺一不可。下面我们将逐一介绍这些因素在这个过程中发挥的重要作用。
细说光源：从分类、电磁频谱到太阳光为何由多种颜色的光组成。
当我们提到光源时，我们可以根据光源的性质和来源把它们划分为两个部分。
- 如果我们谈论光源的性质，有两种光源：自然的和人工的。
- 如果我们谈论光的来源，也有两种光源：初级光源和次级光源。
我们知道次级光源通常不被视为光源，因为它们不创造光，只是光的搬运工。我们家里的镜子就是这样工作的，它们不发光，但是它们会反射光！如果你用手电筒照镜子，镜子会以和入射光相同的角度将光反射出去。
上图中的光源照射到反射面，光线的反射角和入射角总是相同。重点是，上图中的反射面不是一个来源。你还能想到哪个次级光源会被人们误认为是初级光源吗?
对！就是我们的月亮，它是太阳光的搬运工，属于次级光源。
作为初级光源的物体，必定是将另一种形式的能量转化为光能。如：太阳转换核能，火转换化学能，灯泡或各种屏幕转换电能。
当谈到自然光源和人造光源的区别时，这个就很简单，人造的就是人造的。我们主要的自然光源是太阳，但自然界中也有其他东西能产生光，比如萤火虫、一些鱼类、蘑菇。
人造光源包括：激光、各种屏幕和灯等等。
那么光源和我们看到颜色有什么关系？光在真空中以每秒30万公里的速度以波的形式沿直线传播，每一束太阳光都是由不同波长的光组合而成的，而不同波长的光又具有不同的颜色，这是我们能看到各种颜色的根本。
那为什么太阳光在可见光谱上分布如此均匀、广泛呢？换句话说：太阳光为何由多种颜色的光组成。有趣的事实：
光从太阳到达地球需要8分钟，这一点我们都知道。如果按严格的物理学这可不是8分钟，因为太阳的核聚变发生在核心，核心所产生的光子并不是我们熟知的可见光，而是拥有极高频率或能量的伽马射线，但是光子想达到太阳表面，必须穿过70万公里的致密等离子体，而光子又很容易与带电粒子发生碰撞，最快的光子左摇右晃的到达太阳表面至少也得一万年，这种光子碰撞的次数少，所以能量损失较小基本分布在紫外线区域。
但是最慢的光子可能运气不好，碰撞次数多，需要10万年的时间才能到达太阳表面，这些光子由于损失能量过多基本就分布在了红外线区域，那么从红外线到紫外线中间的区域，也分布着大量的光子，它们也都是经过各种情况的碰撞从太阳核心出来的，这就是太阳光在光谱上分布如此广泛的原因。
现在让我们回到不同颜色的光。可见光实际上只是不同电磁波尺度上极小的一部分。电磁频谱从长波（十几米，低频)的无线电波到短波(纳米的一小部分，高频)的伽马射线。而可见光的波长在390到700纳米之间。
我们眼睛看不见的光的范围：红外线和紫外线，但我们看不见并不意味着不存在，并且有一些动物可以看到，后面我们在讨论眼睛的时候会讲到。
现在，我想以上的知识已经涵盖了所有光源的知识，方便我们理解我们如何看待颜色。
小结
- 有初级和次级光源。
- 有天然和人造光源。
- 太阳光是由不同波长的光组成的（不同颜色的光混合而成的）。
- 不同的波长的光有不同的颜色。
观察对象，又一个令人吃惊的事实，很有趣哈！
如果理解了太阳光为何由各种颜色混合而成的，其实问题就特别简单了。我们在深入的说一下：彩虹的颜色大家都知道，而且17世纪牛顿也用三棱镜分出来了那几种颜色，但是有个问题太阳光到底有多少种颜色呢？10^4、10^6甚至10^32种？为什么这么多？可以戳链接了：你认为彩虹只有7种颜色吗？它可能有10^4、10^6甚至10^32种
太阳光为白光，因为颜色实在太多了，搅一起就呈现了白光！
我们生活中最直观的例子就是，夏天你出门穿什么颜色的衣服至关重要，黑色和白色一个天上一个地下的区别！这就和我们的颜色有关。
当白光照射到物体表面时，一些波长(颜色)被吸收，一些被反射。香蕉是黄色的，因为黄色的光被反射了，草莓是红色的，因为红色的光被反射了。在上图中，你可以看到不同颜色的光打在叶子上，叶子只反射出了绿色。这时我们看到叶子认为这是绿色的。这就是颜色的基本工作原理。
夏天穿黑色衣服感觉很热，因为所有的波长的光都被吸收了，而穿白色衣服会有不同的感觉，所有不同颜色的光都被反射了。前天我穿白色短袖出门时，在阳光下走了很长时间，我还特意摸了下肩膀的温度，白色短袖的表面真的摸起来温度很低，凉凉的感觉！
令人惊讶的事实：
物体反射哪种颜色和吸收哪种颜色取决于它的化学结构。我们看到不同的颜色是因为物体中不同的化学物质吸收太阳光光谱的不同部分。
令人惊讶的是，这里要意识到，颜色不是物体内部的固有属性，只是它不吸收这种波长的光，这种光被反射出来才被我们看到了。这也说明物体的颜色是我们看不到的，或者物体的颜色不是物体本身。这话听起来怪怪的，对吧？香蕉其实不是黄色的，我们看到它是黄色的，因为它是除了黄色以外的所有颜色，这话听起来更怪！
小结：
- 白光以各种颜色照射物体的表面。
- 有些颜色被吸收，有些被反射
- 反射出来的颜色是我们看到的颜色。
我们的眼睛，有部分女性比我们多一种视锥细胞，她们能看到更丰富的颜色。
最后一件也是特别重要的，就是我们的眼睛，如果没有眼睛任他外面天花乱坠，都与我们无关！所以我们感谢大自然赋予了我们这么神奇的器官！这就是生物学的用武之地。
科学家估计，即使我们的眼睛中只有三种不同类型的视锥细胞，人类也能分辨多达1000万种颜色。某些动物有更多的视锥细胞，最有名的螳螂虾多达16种视锥细胞，堪称生物界最复杂的眼睛，我们真的想不到它能看到什么？想了解动物们可以看到什么？戳下链接：动物眼中的世界是怎样的？局限性的感官是否是认识世界的障碍
还是上面叶子的例子：白光打到叶子上，叶子反射出绿色的光线进入我们的眼睛。为了看到绿色，我们必须有健康的眼睛，健康的大脑。
注意下这张图片略显夸张，是为了更好的说明光线进入眼睛
光线来自光源，照射到物体上，反射在你的眼睛里。眼睛只是接受处理光信号的器官并不是用来解释颜色的，反映颜色是我们大脑的工作。
反射光首先到达角膜，也就是眼睛的最外层。然后光线向瞳孔弯曲，瞳孔的放大和缩小控制照射在晶状体上光线的数量，晶状体将光线聚焦在视网膜上。这是眼睛后部的一层神经细胞，有探测光线并对光线做出反应的视杆细胞和视锥细胞。我们有大约600万个视锥细胞和1.1亿个视杆细胞，视锥细胞是含有光色素的细胞，视杆细胞负责我们在低光的环境下看得更清楚。
人类有三种光色素：红色、绿色和蓝色。有一项研究得出结论，12%的女性有4种视锥细胞，她们能看到的颜色是其他人的100倍。
最后视网膜将光波的能量传递给神经脉冲，神经脉冲通过视神经传递给大脑，大脑将光波解释为视觉。然后我们的大脑“告诉”我们树叶是绿色的。
因为我们每个人的大脑（处理器）并不完全一样，所以我们看到的颜色肯定也不一样。你的红不是我的红，你说的白是什么白.....
- 光线必须落在眼睛上
- 眼睛里的视网膜检测颜色并向大脑发送信号
- 大脑解释信号并决定颜色
总结：
我觉得以上的内容已经能让你充分的理解什么是颜色？以及我们是如何看待颜色的？首先最最重要的是我们的太阳光拥有平滑过渡均匀的波长，有丰度的颜色！其次就是我们要感谢大自然的鬼斧神工，赋予了我们处理光信号的器官，这个系统的复杂程度堪比人类任何的科学仪器！
这就是颜色的奥秘！物理学和生物学共同作用的结果！