如何向孩子解释「为什么这个世界是五彩缤纷的」? 第1页

这个世界实际上远比你所看到的要更加多彩。——人眼所能看到的尚且不及世界原貌的一瞬。

我们看到的世界映射到视网膜上形成二维的图像，对于图像上的每一个像素点都有一个颜色。但是，真实的情况是，对于二维图像上的每一个像素点，都应该再有一个光谱图（spetrum）的！

这样就是整体三维的信息，这样的图被叫做hyperspetral imaging。但是，没有任何一种光学检测器（单一成像设备）能够单次测量直接采集这样的信息的，所以必须损失一部分的信息——将这样的光谱图（spectrum）转化成一个单一的信息：比如可以将谱图某个特定区域的强度求平均获得一个数字（大多数哺乳类动物）；也可以用多种检测器对好几个区域的强度求平均，然后再用这几个平均值生成一个信息（比如人类3个区域，大多数鸟类4个区域，皮皮虾16个区域）。

对于绝大多数的哺乳类动物，比如牛、马、羊、猫、狗等，就只有一种检测器，所以它们看到的世界就只有黑白灰，如同黑白电视机里面的一般。

而对于人类，则有四种检测器，其中一种（视杆细胞）基本只在夜间使用，而对于平时所看到的颜色有主要贡献的是三种——它们是三种不同的视锥细胞。这些视杆细胞和视锥细胞就在我们的视网膜上。

这三种视锥细胞，分别对于蓝色（附近）、绿色（附近）和红色（附近）的光最敏感，被分成称作S视锥细胞、M视锥细胞和L视锥细胞。当光照射到眼睛的视网膜上后，就会对于这三种不同的视锥细胞产生不同程度的响应。波长短于紫光的光，和波长长于红光的光，都对于这些视锥细胞没有作用，这也是为何人类的可见光在波长400-780纳米左右。

之所以光照会产生响应，这是因为视锥细胞中存在光视蛋白，而光照会导致连接在光视蛋白上的视黄醛从11-顺式构象转化成11-反式构象，从而产生了神经脉冲。这三种视锥细胞产生的神经脉冲一同沿着视神经被传递给大脑，之后在大脑中生成相应的颜色。而正是由于我们具有三种视锥细胞，我们所能识别的颜色大约有100万种。比如红色的光会主要使得L视锥细胞产生神经脉冲，其次使得M视锥细胞产生少许神经脉冲，而对于S视锥细胞几乎没有作用，最终叠加出来的颜色就是红色。而蓝色的光会主要使得S视锥细胞产生神经脉冲，而对于另外两种的影响较小，最终叠加出来的颜色就是蓝色。此外，对于单一波长的青色光，和用绿光和蓝光混合而成的青色光，虽然这两种光的实际频率很不一样，但是对于三种视锥细胞能产生相同的响应，那么我们看起来就是一样的而无法区分。

此外，也有不少的动物能看到比我们看到的更加多彩的世界，因为它们拥有更多的"检测器"。比如许多鸟类，相比于人类的三种视锥细胞之外，还多了一种可以看到紫外线的视锥细胞。因此，鸟类可以看到一些人类所不能看到的紫外线——所能识别的颜色是人类的100倍！除此之外，在前文中我们提到了单一波长的青色，与绿色蓝色混合而成的青色，对于人类是无法区分的。但是鸟类由于额外多了一种视锥细胞，此时它们就是可以进行区分的了。而在视觉界的王者，非属皮皮虾不可了——它一共有多达16种视锥细胞，那么它眼中的世界该是怎样的多彩呢？

总结：

这个世界远比你所看到的要更加多彩，对于它的完全描述需要用到 hyperspectral imaging。但是对于人眼来说，所能看到五彩缤纷的世界，仅仅是这个世界的很小的一部分而已。

至于人眼为何能看到颜色，这是因为眼睛的视网膜上有三种不同的视锥细胞。正是由于它们对于不同颜色的光具有不同程度的响应，我们才能识别100万种不同的颜色。

问：什么东西把我们生存的世界变的五彩缤纷？

答：是我们的眼睛和大脑。眼睛接受一定频率范围的电磁波转换成电信号，大脑把这些电信号渲染成五彩缤纷的世界。