眼睛如何看到颜色,我们如何看到颜色

为什么人看到物体能分出不同颜色？

人眼看到物体的颜色是因为该物体发射或反射不同波长的电磁波，人眼只能接收并感受到到整个电磁波谱中的一小部分，波长大约在380至780nm之间的可见光。颜色是通过眼睛、大脑和我们的生活经验所产生的一种对可见光的视觉效应或称感受，人们将物质产生不同颜色的物理特性称为颜色。人类对颜色的感觉不仅仅由光的物理性质所决定，还包含心理等许多因素。

不同波长和强度的电磁波有很大的区别，如果将一个光源各个波长的强度列在一起，就可以获得这个光源的光谱，一个物体的光谱决定这个物体的光学特性，包括它的颜色。不同的光谱可以被人眼感受为同一个颜色，但是不同的生物所看到的颜色是不同的，不同的人所感受到的颜色也是不同的，因此颜色是一个主观的定义。一个弥散地反射所有波长的光的表面是白色的，而一个吸收所有波长的光的表面是黑色的，大多数光源的光谱不是单色的，它们的光是由不同强度和波长的光混合组成的。

要描述一组光谱到底会产生什么颜色，还得理解视网膜的生理功能。人眼中的视锥细胞和视杆细胞都能感受颜色，一般人眼中有三种不同的视锥细胞，分别感受黄绿色、绿色以及蓝紫色。视杆细胞只有一种，它对蓝色和绿色之间的颜色敏感。每种视锥细胞的敏感曲线是钟形的，视锥细胞依照感应波长不同由长到短分为L、M、S三种。因此进入眼睛的光一般相应这三种视锥细胞和视杆细胞被分为4个不同强度的信号。

每种细胞也对其他的波长有反映，比如绿光不仅可以被绿视锥细胞接受，其他视锥细胞也可以产生一定强度的信号，所有这些信号的组合就是人眼能够区分的颜色的总和。人眼约能区分一千万种颜色，但是因为遗传或岁数造成的视觉细胞的差异，每个人看到的颜色有少许不同，不同波长的光在人类感觉系统中产生的感受并不一定是光线本身的性质，假如一个人的一种或多种锥状细胞不能正常对入射的光反映，那么这个人能够区别的颜色就比较少，会被称为色弱或色盲。

人们看到的颜色是一样的吗？怎么证明？

要了解眼睛，先要了解什么是光，光其实并不是光，光是一种电磁波。大部分人眼看到的颜色一样，但是也有差异。普通人眼能辨识大约100种颜色，而部分人眼球感光细胞更发达，可以辨识超过300种颜色，他们看到的世界和我们是不同的，有些人能成为画家，是有天赋点，不需要羡慕。 有的人是黑白眼，只能看到黑白色，看不到彩色，也有红绿色盲，就是看不到红色或者绿色。

有的人是阴阳眼，可以看到正常人类看不到的波段，就是所谓的鬼魂和灵异类。自然界中鸟类的眼睛是最敏锐的，鹰的眼睛可以自动调焦，可以看到30公里以外的兔子，而人眼最多只能看6公里。鹰看到的世界也比人类更加清晰。人类的眼睛构造以及生活需要，决定了我们只能看到电磁波中的一小段，大部分光我们是看不到的。而地球上所有的光，又只是银河系中的一小部分而已。

我们看到物体颜色是物体反射出来的颜色，那么物体本身是什么颜色？

好题目。此色，不是美色情色的女色?，不是色空亦空的物色?，而是物理光学的光色?。本题解释有点复杂，以下是笔者原创，仅供大家参考，虽然是鲜为人知的，但不难理解。▲因为太阳是光源体，所以太阳光是本色光。降频红移法则：λ=kt/ρ也叫熵增加红移定律。完整表述为：根据真空场空间能密递减效应与熵增加原理，光源激发的电磁波必从高频高能位逐渐发散到低频低能位，遵从降频红移法则。

▲降频红移的图示，光子之间连续推涌，所形成的“光子推涌锥”。换言之，电磁波波长(λ)与光程时间(t)成正比，与真空场质量密度(ρ)成反比，有红移方程：λ=kt/ρ...(1)，ρ=0.75m₀/πr³...(2)，k是红移系数，取决于主频空间场的平均梯度，m₀是电子质量，光子半径：r=λ/2π。普朗克卫星背景λ=7.35cm，t=R/c=1.5×10⁹ ÷c=3s，ρ=1.35×10⁻²⁵kg/m³，代人(1)：k=λρ/t=3.31×10⁻²⁷[kg/m²s]...(3)。

此k，适合地球场空间光量子的主控频率范围。颜色=光色=是电磁波的频率或频宽颜色反应，本质上属于空间特定光子的震荡对视神经细胞电荷的场效应，即物理光学现象。纯一色彩，即单色光。其纯色度，即单色光的频率，就是单色电磁波的频率。复合色彩，即复色光或光谱，是不同频率叠加的复合电磁波。相同频率的电磁波服从共振原理，不同频率的电磁波，是各自独立并叠加在同一空间。

白色光是复色光，经过三棱镜会色散为狭窄的特色频谱，包括赤橙黄绿青蓝紫之七个色谱。其各自波带大致在700~380纳米范围。红外线、微波(尤其毫米波)、紫外线，是典型的特色波带或频带或频谱，都是复合电磁波。单色光=电子即时速度激发的光；光电效应方程△Ek=h△f...(3)，由于电子进动速度(v)变化对所激发的电磁波频率有速度平方效应而极为敏感，可足够近似为更好理解的广义光电效应方程：½m₀v²=hc/λ...(4)。

或者写成波长的状态函数：λ(v)=2hc/m₀v²...(5)。从公式(5)可见，由于速度是连续空间的位移函数v(x)=dx/dt，故波长也是一个连续参量。▲白光是复色光，各单色光参与复合，虽然混合在一起，但是它们都是独立共存的。这表明：波长、频率、电磁波是连续变化的，不存在所谓的离散性的一个个独立的光量子。

我们只因为对空间场效应进行量化处理，才取名为光量子，不存在所谓的“波粒二象性”。那么，为什么物理科学界一百多年来一直弄不清楚光的发生机制，而只是牵强附会托辞为波粒二象性呢？关键在于：人们误以为光子是从光源像发射子弹进入空间，电磁波像宇宙线。而真相是：电子进动对空间场施加了推压作用力，迫使空间场吸收电子动能(Ek)，转化为光子的辐射动能(hf=hc/λ)，这就是光电效应的本质。

根据卡西米尔效应，更为重要的是：只要有实体(质量为m)的运动，就一定会激发电磁波。该实体有相当于n=m/m₀个电子，故有通用的光电效应方程：½mv²=(m/m₀)hc/λ...(6)式(6)是实体动能转化为辐射动能之场效应方程，属于能量守恒关系式。若改为波长公式：λ=2hc/m₀v²=ξ/v²...(7)，该场效应方程表明：实体激发电磁波的波长只与进动速度有关。

这里的ξ，叫场效应系数：ξ=2hc/m₀=4.37×10⁵[Jm/kg]...(8)例如，若子弹与导弹的速度皆为1km/s，那么虽然二者激发的辐射动能大不相同，但激发同样的电磁波波长：λ=4.37×10⁵/10⁶=43.7厘米 若用德布鲁伊的物质波公式λ=h/mv计算，10g子弹的波长：λ=6.63×10⁻³⁵米，1000kg导弹的波长：λ=6.63×10⁻⁴¹米，这是绝不可能的。

物体的本色=原子光谱的主频光色；核外电子绕核，从近核点进动到远核点进动有连续变化的不同速度，激发出连续变化的不同频率或波长，在原子的外空间表现为原子光谱的超精细结构。其中，电子在近核点附近的进动速度，可以认为是主控速度，对应激发显著的主频电磁波，也叫主频光色，是物体的本色。不妨把精细结构系数(α=0.0073)相关的电子速度所对应的电磁波频率，叫主频。

根据光电效应方程，故原子的主频波长：λ=2hc/m₀v=ξ/v...(9)，ξ是场效应系数。例如，氢电子主控速度：v=αc=2.2×10⁶，其主频波长：λ=4.37×10⁵÷(4.84×10¹²)=90纳米，属于紫外线频谱。反射光的频率≤入射光的频率；由于电磁波的熵增红移效应与康普顿散射效应，反射光频≤入射光频，是司空见惯的 。

入射光是外来的，不是物体内部电子运动所表现的原子光谱，反射光不外乎是原子内部的康普顿散射效应。因此，物体表现的反射光，不是物体的本色。本色光与反射光的关系本节是附加题，有点复杂。大家知道，在黑暗环境中，除了光源，绝大多数物体不会自己发光，都是黑乎乎的。这表明：原子光谱，作为物体的本色光，不可能在可见光的频谱范围。

从上述氢原子主频波长λ=90纳米来看，氢原子主频本色是紫外线。当然，氢原子的本色并不排除还有非主频光色，如红外线、背景微波、毫米波。那么，外来的入射光对物体的原子光谱有无影响呢？答案是肯定的。因为尤其是高频入射光，会迫使核外电子加速运动，改变原子光谱的超精细结构分布。故，反射光频≠入射光频，有物体本色的影响。

▲萤火虫是光源体，萤火色是萤火虫的本色。结语本色光，来自物体(包括光源与非光源)内部亚原子的运动或热核反应所激发的原子光谱，这些光或电磁波都是物体的本色。非光源体的本色光，主频部分多为紫外线，但不排除非可见光。光源激发的本色光，当然最常见的是可见光，但也不排除紫外线、红外线、毫米波。物体的反射光、散射光、折射光、衍射光，由于都来自外来的入射光，不是物体的本色光。