混合光

光学的互补色

人们感知的物体颜色涉及到色彩学、光学、化学及生理学等不同学科。

1、光的色学性质

1666年，英国科学家牛顿第一个揭示了光的色学性质和颜色的秘密。他用实验

说明太阳光是各种颜色的混合光，并发现光的颜色决定于光的波长。下表列出了

在可见光范围内不同波长光的颜色。

不同波长光线的颜色

为对光的色学性质研究方便，将可见光谱围成一个圆环，并分成九个区域（见图），

称之为颜色环。颜色环上数字表示对应色光的波长，单位为纳米（nm），颜色

环上任何两个对顶位置扇形中的颜色，互称为补色。例如，蓝色（435～480nm）

的补色为黄色（580～595nm）。通过研究发现色光还具有下列特性：（l）

互补色按一定的比例混合得到白光。如蓝光和黄光混合得到的是白光。同理，青

光和橙光混合得到的也是白光；（2）颜色环上任何一种颜色都可以用其相邻

两侧的两种单色光，甚至可以从次近邻的两种单色光混合复制出来。如黄光和红

光混合得到橙光。较为典型的是红光和绿光混合成为黄光；（3）如果在颜色

环上选择三种独立的单色光。就可以按不同的比例混合成日常生活中可能出现的

各种色调。这三种单色光称为三原色光。光学中的三原色为红、绿、蓝。这里

应注意，颜料的三原色为红、黄、蓝。但是，三原色的选择完全是任意的；（4）

当太阳光照射某物体时，某波长的光被物体吸取了，则物体显示的颜色（反射光）

为该色光的补色。如太阳光照射到物体上对，若物体吸取了波长为400～

435ntn的紫光，则物体呈现黄绿色。这里应该注意：有人说物体的颜色是物体

吸收了其它色光，反射了这种颜色的光。这种说法是不对的。比如黄绿色的树叶，

实际只吸收了波长为400～435urn的紫光，显示出的黄绿色是反射的其它色

光的混合效果，而不只反射黄绿色光。

2、人的色觉特点

不同波长的光照射到人眼视网膜上，将给大脑不同的感觉，这种感觉称为色觉。

人们就是凭自己的色觉来辨别物体的颜色，一般人的眼睛可分辨120多种颜

色，如果在不同颜色的相互补充、相互衬托之下，有经验的人可分辨13000多

种颜色。人眼为什么能分辨这么多种颜色呢？现代科学研究认为：人眼中的锥状

辨色细胞有三种，每一种细胞擅长接收一种颜色的光，但对可见光内所有波长的

光也能发生程度不同的反应。这三种锥状辨色细胞分别对红、绿、蓝色光最敏

感。因此，人们选择这三种颜色作为光的三原色。彩色电视机也是根据上述理论

制成的彩色显示过程。

当眼睛接受了混合光之后，三种色觉细胞都按自己的规律兴奋起来；产生三种视

觉信号。经视神经传到大脑，但是，大脑对每一个单独信号并不感兴趣，而是把

它们总合在一起，形成一个综合的色觉，这就是人们感觉到的所接收混合光的颜

色。根据人的色觉特点，当红、绿、蓝三种色光按千变万化的比例混合时，就会

使人感觉到千差万别的颜色。

3、光和物体的颜色

我们知道，在没有光线的暗室中，或在漆黑的夜里，谁也无法辨认出物体的颜色，

只有在光照射下。物体的颜色才能为人眼所见。所以，物体的颜色是光和眼睛相

互作用产生的，是大脑对投射在视网膜上不同波长光线进行辨认的结果。

我们日常所说物体的颜色，是指在日常环境里太阳光照射时物体所呈现的颜色。

称之为物体的本色，在特殊环境里物体呈现的颜色，称之为衍生色。例如，在

阳光照射下树叶呈绿色，这是其本色，而在红光照射下，这一“绿色”的树叶

呈现黑色，改用紫外线照射时，它又呈火红色，这后两种颜色是衍生色。一个物

体的本色只有一个，而衍生色可有几个，故我们说物体的颜色时，若不作特殊

说明即指物体的本色。

物体的颜色决定于它对光线的吸收和反射，实质上决定于物质的结构，不同的物

质结构对不同波长的光吸收能力不同。我们知道：光是由光子组成的。不同波

长的光由不同能量的光子组成。波长λ和能量E间的关系为E=hc/λ，式中

普朗克常数，c为光速。当光子射到物体上时，某波长的光子能量与物质内原子

的振动能，或电子发生跃迁时所需能量相同时，就易被物质吸收，其它波长的

光就不易被吸收。物质对光的选择吸收，就造成了各自的颜色。对同一种物质，

改变其内部结构时，颜色也会改变。如碘化汞在正方晶系时呈红色，而加温到

127℃使晶形转变为斜方晶系时却成蓝色。这主要因物质结构的改变，对光的选

择吸收也发生了改变。人们已根据这一点，制成了变色涂料等物质。另外，如溶

剂、荧光等也会影物质的颜色，这里不再赘述。