「色彩原理」美国的白宫为什么是白色的?

知也无涯,更鼓不息

  在人类世界中,除了黑色,可以说白色是具有文化共识最多的色彩。几乎在所有文明中,白色普遍被认为是圣洁、纯洁和纯净的象征。这几期要去探究白色的本质和白色的文化,在此之前,我们要先解决一个问题:白色的物体为什么是白色的?

色彩的本质


  「椎体细胞

  要回答这个问题,我们必须明确色彩的本质。我们会在后面的章节中详细介绍色彩的科学原理。色彩是光和大脑的综合表现,确切地说,是眼球中的视网膜上的椎体细胞、视杆细胞等。光有多种色,英国科学家牛顿爵士利用棱镜将白光散色为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色,每一种色光都是单色的,它们具有唯一的频率和波长,正是这种光的性质导致在“人类世界”出现色彩的概念。在物理世界中,并不存在色彩的概念,严格地讲色彩是一个伪概念,它只存在于一些生物的感官当中,许多生物具有不同的感官来“看见”世界。世界到底是什么样子,恐怕是不确定的。

  哺乳动物的椎体细胞对不同波长的光具有感知效应。他们有三种椎体细胞,第一种椎体细胞对波长较长的电磁波(光)具有反应,这种感应的峰值大约是560纳米(nm),我们将这种类型的感知称为L(long:长);第二种椎体细胞对波长适中的电磁波有反应,其波长为峰值大约为530纳米,这种感应被称为M(Medium:中);第三种椎体细胞对短波长的电磁波有反应,其波长峰值大约为420纳米,我们将其描述为S(Short:短)。因此,我们视网膜中的三种感光细胞,它们分别是L(长)、M(中)、S(短)。这三种椎体细胞对波长感应的范围分别是:L(564nm-580nm)、M(534nm-545nm)、S(420nm-440nm)。尽管如此,每个哺乳动物对光波长的感受范围和敏感程度取决这个个体本身。比如红绿色盲对红色和绿色波长感受就不敏感,他们很难分别这两种色彩的区别。

  不发光的物体是看不见的,我们之所以看得见物体,是由于环境光、人造光或者太阳光等光源照射到物体表面,再由物体反射光线进入眼球,形成感知。这个过程十分复杂,因为光源的来源是复杂的,光线还会发生反射、折射、散射和透射等。

  你可以简单地理解为,单色的光线具有特定的波长和频率,波长和频率的组合唯一标示了一种电磁波,这种唯一性使得眼球能够在一个尺度上为其打上唯一的色彩标签,它们是:

色彩 波长 频率
红色 ~ 700-635 nm ~ 430-480 THz
橙色 ~ 635–590 nm ~ 480–510 THz
黄色 ~ 590-560 ~ 510-540 THz
绿色 ~ 560-520 nm ~ 540-580 THz
青色 ~ 520-490 nm ~ 580-610 THz
蓝色 ~ 490-450nm ~ 610-670 THz
紫色 ~ 450-400 nm ~ 670-750 THz

  「物体色

  有了上述的知识,那么我们可以简单地了解物体的色彩。物体的色彩取决于物体所在环境的光线和物理特性,以及感知光的眼睛和大脑。这是一个协作的过程。光线抵达不透明物体表面时,会产生三种情况:

  • 反射
  • 散射
  • 吸收

  我们需要明确一点,最终什么波长和频率的光线进入眼球,物体就呈现什么色彩。这里使用波长和频率,和叫做红光、绿光等是一个原理。当非镜面(表面粗糙的)的不透明物体反射特定波长的光线时,物体表现特定波长光线的色彩。

  由于自然光源是由多种单色光复合而成的,这种光线照射到物体表面时会反射复色光中特定波长的光线,而吸收其他波长的光线。如果物体恰好反射 700-635nm的波长的光,那么这个物体就是红色的,因为700-635nm的电磁波进入到了我们的眼球中。其余的光线全部被物体吸收,我们只能看到红色。如果某个物体反射了所有的波长的光线,那么这和太阳光直接照射到眼球没有区别,因此还是白色光,如果这个物体不反射任何波长的光线,那么也就没有光线进入眼球,它就是黑色的。显示器中的黑色图像原理就是利用不发射任何色光来达到的。既然显示器不发射任何色光,因此最省电,虽然理论上很粗糙,但是你可以大致这样理解。

  这一期我们不详细讲光谱色和色彩原理,因此,你只需要简单地认识即可。

纳米:nm

那么白色是如何产生的?


  回到标题中的问题,白色的物体为什么是白色的?事实上,这是个错误的命题,我们应该说为什么有的物体是白色的。“没有白色物体,物体也没有色彩”,物体的“色彩”特性是由于它反射的光线决定的,而这种特性是由物体的表面的物理性质所决定。因此,当太阳光照射到物体表面时,这个物体不吸收任何光线,即反射所有光线,那么我们就看到了白色,因此物体呈现出白色。

  但是,如果我们使用红色光线去照射白色物体会怎么样呢?答案很简单,物体是红色的。因为这个物体不反射任何光线,任何有色光照射到其表面都会被反射,因此什么色光照射“白色”物体,物体就是什么颜色。

  进一步地,白色物体到底是白色还是红色?事实上,色彩取决于物体本身的物理性质、光线和我们的感官,这是一个多方环境共同协作完成的工作。

  尽管如此,你需要知道,物体和色彩的呈现是一个复杂的过程,上述理论是一个理想的模型,由于环境的复杂,蓝色物体不是理想地反射蓝色波长而完全地吸收其他波长,更多的是较强地吸收蓝色的补色黄色,反射大多数的蓝色光线和其他光线,但是你可以理论上去理解。

世界上有哪些流行的白色景象?


  简单地了解了色彩和白色物体的原理,我们来看看世界上那些著名的白色景象。

  「白宫

  白宫是美国总统的官邸和工作场所,它之所以叫做白宫,正是因为它就是白色的(废话)。它位于华盛顿特区的宾夕法尼亚大道西北1600号。

白宫

  「泰姬陵

  泰姬陵意为“宫殿的皇冠”,是一座白色大理石建成的巨大陵墓清真寺。是莫卧儿皇帝沙贾汗为纪念爱妃于1631年开始建造的。

泰姬陵

  「埃及的白色

  埃及人十分崇尚白色,在大多数墓穴中发现了埃及的白色壁画。

埃及的白色

  「绘画作品中的白色运用

悼念中的玛丽皇后
白衣女孩-美国画家詹姆斯·惠斯勒
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