所以红绿两种颜料混合之后,非但没有反射出更多颜色的光线

简介: 所以红绿两种颜料混合之后,非但没有反射出更多颜色的光线,反而导致进入视网膜的光色种类大幅减少了,我们看见的也就不再是明亮的黄色,而是暗淡的褐色了——这就是三原色

撰文 | 矩阵菌 配图 | 柯雪妹今天下午,柯雪妹的美术老师和我的物理老师在学校操场上打起来了,原因是物理老师说三原色是红绿蓝,美术老师则坚持认为三原色是红黄蓝。

两人争得不可开交,直到两支画笔"咻咻"两下插进了物理老师的鼻孔之后,他才终于明白美术老师是一个文武双全的全能型选手。

对于这件事,我和柯雪妹都努力劝诫了自己的老师。

换言之,我的物理老师白挨了两支画笔。

我相信,机智如我的你一定也心如明镜,知道红黄蓝是美术中的三原色,而光的三原色是红绿蓝,也就是通常所说的RGB,所以两位老师其实都没说错。

因为美术老师确实错了,即使柯雪妹正手持画笔冷冷地望着我,我也要大义凛然地讲一句:真正的颜料三原色,并不是红黄蓝,而是…

无论在光学层面,还是美术层面,三原色的定义都是无法被继续分解的基本颜色。

将这句话反过来理解,三原色就是无法用其他颜色混合出来的三种最基本的颜色。

——假如某种颜色可以用两种或多种颜色混合出来,就意味着它是可以被分解为两种或多种颜色的,只有无法被混合出来的颜色才是不能被继续分解的。

当然,如果你非要把它们分解成分子、原子或夸克,那我也只能告诉你:在光学层面,无法用其他颜色的光线混合出来的是红光、绿光和蓝光。

这是由于我们的视网膜中,负责辨识颜色的视锥细胞一共就只有三种,分别会被红色、绿色和蓝色的光线而产生化学反应。

关于光学三原色(三基色)的原理,我在《既然这种颜色不存在,为什么我们还能看见它?

咱们今儿个要撩的对象是美术中的三原色——颜料的三原色传统美术领域一直把红黄蓝定义为最基本的色彩,几乎所有绘画老师都会告诉你红黄蓝是颜料的三原色。

这是由于美术素来就以舒适的视觉感受为核心目的,红色、黄色、蓝色都是非常饱满的色彩,能给人强烈的视觉冲击力,将它们当成基本色彩也比较符合客观实际,因而在美术领域,这样定义三原色自然是无可厚非的。

然而,从科学的层面来说,红黄蓝的定义其实并不精确,真正的颜料三原色应该是“青品黄”。

我们在四色印刷中经常听说的CMY,就是Cyan(青色)、Magenta(品红色)、Yellow(黄色)这三个英文单词的首字母。

在这个基础上再额外增加一个Black(黑色)的尾字母,就构成了大家耳熟能详的CMYK。

其实从理论上来说,只要把青色、品红色、黄色混合在一起就已经是黑色了,之所以还要单独添加黑色的油墨,其原因有二:一方面是能够节省成本。

无论美术家手里的颜料,还是印刷油墨中的色料,其颜色都是从矿物、生物、植物等无机或有机物质中提炼出来的,制造成本相对较高;而黑色的颜料或油墨色料,则是利用一种叫碳黑(carbon black)的无定形碳(amorphous carbon)颗粒制造而成的。

这种碳颗粒是煤或者天然气、燃油等含碳物质在空气不足的条件下经不完全燃烧得到的,在你家锅底上抠一抠就能找到了,制造成本可谓非常低廉。

由于制造工艺的限制,导致彩色颜料的纯度不够高,因此用三原色混合而成的黑色往往不够浓郁,通俗来说就是灰得很深很深,却始终不够黑——这也是黑色油墨单独存在的最主要的因素。

前文已经提到过了,三原色是指无法再分割的基本颜色,假如你手上有一套色彩足够丰富的颜料,那么稍作尝试就会发现,只要将等量的品红色与黄色调配在一起,得到颜色恰好是红色。

换言之,红色是可以被继续分割为品红色和黄色的,它当然不是真正的基本颜色。

当然,如果你善于作弊,非要在红色颜料中混入适量的白色颜料,或许也能调配出一个接近于品红色的颜色。

然而白色本身并不算是色彩,它与黑色和灰色并称为"无色系",所以在红色中添加白色也不算是色彩组合,只是强行将红色颜料的浓度冲淡了而已。

同样的道理,只要将品红色与青色调配在一起,就能得到蓝色,这意味着蓝色也不属于基本色彩。

而除了在蓝色中加白色这种 "骚操作"之外,没有任何色彩能混合出青色,所以青色才是正统的原色之一。

正因如此,绝对意义上的色彩三原色其实是青、品、黄;而非红、黄、蓝。

搞清楚这一点非常重要,否则如果将红、黄、蓝作为印刷的基本色彩,那即便在白纸上印刷也不得不在设备中加入白色油墨,这是多么愚蠢的事情,咱人类可干不出这么啼笑皆非的事情来。

话至此处,颜料的三原色基本上已经撩完了,可是我正打算存档欢呼时,突然就摊上了一件大事儿——为什么色彩三原色和光学三原色会截然不同呢?

通常情况下,遇到这个问题,别人都会告诉你光线是加色法原理,颜色越多就越白;颜料是减色法原理,颜色越多就越黑,所以两者的原理不一样。

可是遇到柯雪妹这种死缠烂打的杠精时,这个简单的回答就不起作用了。

“颜色本质上就是可见光的波长啊,特定波长的光线进入视网膜后,就会呈现为特定的颜色。

“OK,”她点点头,说,“那么无论光源发射出来的光线,还是物体反射出来的光线,都必须具有相同的波长,看上去才会是同一种颜色,对么?

”“既然如此,为何屏幕发射出红色光是三原色之一,红色颜料反射出红色光却不是三原色了呢?

如果我不能给柯雪妹一个满意的,那么…

为了便于叙述和区分,在下面的内容中,我会将光的基本色彩称为"三基色";颜料的基本色彩称为"三原色"。

三原色和三基色只有一个相同点,那便是它们原则上都是进入视网膜的光色数量最多时为白色,光色数量最小时为黑色。

也就是说,无论靠颜料反光,还是靠屏幕发光,都必须至少有红绿蓝三种光线同时进入视网膜,才会呈现出白色;任何颜色的光都没进入视网膜时,则为黑色。

我们的手机屏幕、电视屏幕、电脑屏幕等,在初始状态都是趋近于黑色的,因为它此时没有发射出任何颜色的光线。

当黑色的屏幕上出现一个明亮的红色的圆形时,意味着这块区域发射出了100%强度的红色光;再出现一个绿色圆形,表示又一块区域发射出了100%强度的绿色光。

是,叠加处会同时发射出强度100%的红色光和强度100%的绿色光。

这两种光手拉手、肩并肩,一块儿进入了视网膜后,红绿两种视锥细胞都会受到最大程度的化学刺激,于是我们便会看见比红色和绿色都更加明亮的黄色。

这就是三基色原理被称为“加色法原理”的核心缘由,它是完全符合人眼的生理特征的。

当我们看见一片纯红色的颜料时,确实可以理解为它只反射出了强度100%的红色光,也只了对红色敏感的视锥细胞,这与屏幕只发射出红光时的情况基本上是一样的。

同样,绿色颜料也只反射出了强度100%的绿色光,与屏幕只发射绿光时的情况完全相同。

然而,当红色颜料与绿色的颜料重叠(混合)在一起之后,叠加处就无法反射出强度100%的红色光和绿色光了。

因为绿色颜料会吸收掉大部分红色的光线,红光就被削弱了;与此同时,红色颜料又会吸收掉大部分绿色的光线,绿光也被削弱了。

所以红绿两种颜料混合之后,非但没有反射出更多颜色的光线,反而导致进入视网膜的光色种类大幅减少了,我们看见的也就不再是明亮的黄色,而是暗淡的褐色了——这就是三原色属于减色法原理的缘由。

这便是为什么红色的光是三基色之一,而红色颜料却不属于三原色的原因。

其实你应该也想到了——在绝对理想的状态下,红、绿两种颜色的颜料混合起来就应该已经黑透了,因为红色颜料干掉了绿光,绿色颜料干掉了红光,这两种颜料又都会干掉其他色段的光,那不是就没有光线会被反射出来了吗?

只不过,从自然界的物质中提炼出来的颜料,并不可能真的只反射出一种波段的光,而将其他颜色的光完全吸收殆尽,所以在现实中,即便将三原色全部混合起来也只会让颜色变得很深,而无法变成黑色,两种原色混合则更不必说了。

实际上,三原色和三基色之间最重要、也最奇妙的规律,是下面这个。

你如果仔细观察上图,就会发现一个特别有意思的现象——将三基色放在一起时,任意两种光色叠加出来的新颜色(间色),正好是颜料的三原色之一;而将三原色放在一起时,任意两种颜色混合出来的新颜色,又恰好是光的三基色之一。

这绝非单纯的巧合,而是三原色之所以必须是青品黄的最关键的因素。

由于两种颜料混合之后,反射出来的光线种类会大幅减少,因此作为三原色之一的每种颜料,都必须正好能反射出红绿蓝这三种基色光中的任意两种。

如果只能反射一种基色光,那么它与任意色的颜料叠加后都会变得很暗,就无法混合出亮色系的颜色了——前面红绿色颜料混合的案例你也看见了。

此外,三原色中的每种颜料,都只能同时反射出两种基色光——这一点就不用解释了吧?

如果同时反射出三种基色光就成白色了,白色颜料的光色构成是最复杂的,显然不可能称为原色。

明白了这两个原则,三基色和三原色之间的这个奇妙的“巧合”,也就顺理成章地变成“必然”了。

既然必须且只能反射出两种基色光,那三原色不就正好是两种基色光混合而成的颜色了吗?

所以,三原色恰好是三基色的间色,也就是青色、品红色,和黄色。

再反过来想一下,三基色总共就只有红绿蓝三种光色,而每种原色的颜料都必须能反射出其中两种光色,这也就意味着每种原色的颜料都只能吸收掉一种基色光,两种原色的颜料混在一起,也就只能吸收掉两种基色光,它们混合出来的产物,反射出来的不就是最终剩下的那种基色光了吗?

所以任意两种原色的颜料混合而成的颜色,也恰好是三基色之一。

再讲得透彻一点,品红色是由红、蓝光组成的,这意味着品红色颜料会吸收绿色光;黄色是红、绿光组成的,则黄色颜料会吸收蓝色光,于是品红色和黄色这两种颜料搅在一起之后,绿光和蓝光全都被干掉了,只有红光能安然无恙地反射出来。

那么它们混合而成的颜色,当然就是三基色中的最后一种光色——红色了。

我想现在,没有人比你更懂三基色和三原色了,为师也就什么可教你的了。

最后,让我们用一个十分简洁的句式,来总结一下三基色和三原色之间的区别:三基色相叠加,是光源发出的光色种类由少变多的递加过程,所以叫加色法原理;而三原色相叠加,是颜料反射出的光色种类由多变少的递减过程,于是叫减色法原理。

幸运的是,我成功地用4921个字证明了柯雪妹真的错了,所以我现在要去让她道歉了。

不幸的是,我竟然敢用4921个字证明了柯雪妹真的错了,所以我现在要去向她道歉了。


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