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论色觉
麦克斯韦
王静 翻译
江丕栋 审稿
这是3月24日向皇家研究院所作的演讲
编者按
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在颜色理论方面的研究是其不太著名的科学贡献之一。早先,麦克斯韦就向人们展示了如何通过混合光的三原色(红、绿、蓝)来得到几乎所有的颜色,这为彩色照相技术和投影技术铺平了道路。在这篇以一次在伦敦皇家研究院所作的报告为基础而形成的文稿中,麦克斯韦回顾了这项研究工作并进一步阐述了其对色觉的意义。1801年,托马斯·杨就提出眼睛中有三种光感受体。麦克斯韦在这里指出,人们已经确认这些光感受体就是视网膜上的杆状细胞和锥形细胞。尽管当时还没有证实存在三种不同类型的对颜色敏感的锥形细胞,但麦克斯韦仍然明确地支持这种猜想。
所有的视觉都是色觉,因为我们只有通过观察颜色的差别才能区分物体的形态。我把明暗的区别也包含在了颜色的区别当中。
约在本世纪初,托马斯·杨在皇家研究院第一次明确地宣布了这个关于色觉的学说,这里,我将要对它进行阐述。我们可以这样来表述:我们能够体验到三种不同的颜色感觉。不同类型的光会以不同比例激发三种颜色感觉,所有可见的颜色就是由这三种基本感觉经过不同的组合而形成的。在这里,有一个词是值得我们注意的,那就是“感觉”。说颜色是一种感觉简直就是一个起码的常识;但杨真正确认了这个基本事实,首先建立了与之一致的关于颜色的理论。据我所知,托马斯·杨是第一个从人类的知觉而不是从光的本质来解释众所周知的三原色的人。即便是那些在杨以后撰写了有关颜色的著作的人们,不是认为应该去研究颜料的特性就是认为应该去分析光线。他们试图用人类自身之外的那些外在本质来揭示颜色的奥秘。
意识。
现在,如果说我们称之为颜色的这种感觉遵循某种规律的话,那么一定是我们自身的本质决定了这种规律的形式。无需由我来告诉你,我们所能获得的关于自身的唯一证据就来自于我们的精神科学。它与大多数所谓的精神科学有很大的区别,它要用到物理学,特别是要用到光学和解剖学。但是,种种精神活动提供了大量的例证,可以证明色彩学是一种精神科学。
因此,色彩学在本质上应该被当作是一种当我们利用物理学来处理这一问题的时候,总是感到有更坚实的理论基础。因此,我将从说明我们如何把牛顿的发现运用于光线的操控入手,以此给你一个机会,让你知道你对颜色的不同感觉。
在牛顿之前,白光被认为是所有已知物质中最纯粹的物质。有色光被认为是白光接触到物体而受到了污染。我们也许仍然可以认为白光象征着纯粹,但是牛顿已经告诉我们,白光的纯粹并不意味着简单。
现在,我们在屏幕上呈现棱镜光谱,得到的就是构成白光的基本颜色。当我们从一端向另一端观察的时候,可以分辨出很多不同的色彩;但是当我们使用功能更为强大的分光镜,或者利用别人已经制好的光谱时,我们就会发现大量不同种类的光线,每一种都值得专门研究。光谱中可分辨谱线数量增加的比例与仪器分辨率提高的比例是一致的。
牛顿已经证实,所有的光都是由上面所提到的光线以不同的比例组合而成的。当我们所谓的有色物体被白光照亮的时候,它会选择光线,而我们的眼睛能接受到的只是照射在其上的一部分光线。如果物体只被光谱中纯粹的单色光线所照射,那么它就只能呈现出那种颜色。如果我把红纸和绿纸交替放在一个盘子的不同象限里,用红光照射,整个盘子都会呈现出红色,但是红纸所在部分最明亮。如果把盘子放在绿光中,那么红纸和绿纸都会呈现出绿色,但这一次红纸部分是最暗的。这就是物体被白光照射时所呈现的颜色的光学解释。它们把白光拆分成不同的组成部分,然后吸收一部分,反射另外的部分。
这里有两种透明的溶液。一种是黄色的重铬酸钾溶液,另一种是蓝色的硫酸铜溶液。如果我让电灯发射的光通过这两种溶液,那么投射到屏幕上的是绿色光斑,这可以用光谱来解释。黄色溶液将光谱中的蓝色一端切断,只剩下了红色、橙色、黄色和绿色;蓝色溶液则将光谱中的红色一端切断,只剩下绿色、蓝色和紫色。正如你看到的那样,只有绿色光才能通过两种溶液。同样的道理,蓝色和黄色的颜料混合在一起通常会呈现出绿色。光照射在混合颜料上,黄色和蓝色的颜料颗粒吸收各自范围的光线,只有绿色光线可以反射出来。但是黄光和蓝光却不能混合成绿光,如果我们把它们投射到屏幕上的同一个区域,就可以看出来。
这是一个与我们的精神活动过程有关的惊人例子:根据颜料混合物的实验结果,许多人不仅相信蓝色加上黄色会呈现绿色,而且还认为自己可以从绿色的视觉感受中分离出黄色和蓝色的部分。
到目前为止,我们都在用有色的物质来分析光学问题。现在,我们仍然需要按照牛顿的理论回到棱镜光谱上来。牛顿不仅