我從小就是個(gè)愛好科學(xué)的小朋友，看過很多科普?qǐng)D書，其中有一個(gè)關(guān)于色盲癥的故事在我心中留下了非常深刻的印象。

這應(yīng)該是很多人都耳熟能詳?shù)墓适拢?/p>

18世紀(jì)的知名英國(guó)物理學(xué)道爾頓圣誕節(jié)前夕給母親買了一雙“棕灰色”的襪子作為禮物，但是母親在收到禮物后感覺非常奇怪，她問道爾頓：“我年紀(jì)已經(jīng)這么大了，這雙櫻桃紅的襪子這么鮮艷，讓我可怎么穿呢？”。道爾頓感覺非常奇怪，這雙襪子明明就是棕灰色的，為什么母親會(huì)覺得它太過鮮艷呢？于是他拿著這雙襪子四處向他人求證，結(jié)果除了他和他的哥哥，所有人都說這雙襪子是櫻桃紅色的。

道爾頓沒有放過這個(gè)細(xì)節(jié)，通過仔細(xì)研究，他發(fā)現(xiàn)自己與弟弟的色覺與常人確實(shí)有差異，并寫了一篇論文——《論色盲》。

于是色盲癥就成了有史以來第一個(gè)被物理學(xué)家確認(rèn)的遺傳病，人們?yōu)榱思o(jì)念他，英語中紅色盲癥又叫道爾頓癥（總感覺外國(guó)人的紀(jì)念方式怪怪的……）。

色盲悖論

好的，我不知道大家當(dāng)年看到這個(gè)故事的時(shí)候有何想法，不過可能有些童鞋也曾發(fā)現(xiàn)過其中不合理的地方——道爾頓兄弟是如何認(rèn)識(shí)“櫻桃紅”這個(gè)概念的呢？

對(duì)，我們很容易就能發(fā)現(xiàn)這個(gè)問題——在道爾頓生命的前28年里是如何看待櫻桃的呢？色盲癥是一種遺傳病，所以患者終其一生都只能看到與常人不同的世界，他們?yōu)槭裁磿?huì)很輕易就理解母親所說的“櫻桃紅”是一種非常鮮艷，不適合老年人的顏色呢？

我無論怎么推理都會(huì)得到一些與故事相齟齬的證據(jù)，很顯然道爾頓兄弟的世界中從來就沒有真正的紅色出現(xiàn)過，但是他們一定從小就在不斷接觸“紅色“的概念。那么唯一的結(jié)果就是他們會(huì)將眼中有點(diǎn)棕又有點(diǎn)灰的顏色與“紅色”這個(gè)單詞關(guān)聯(lián)起來。“紅色”就是“灰黃綠色”的近義詞，櫻桃在兄弟二人的眼中就是一種灰黃綠色的小果子，“櫻桃紅”自然也就是專門形容這種果子顏色的單詞了。

既然這樣，那么當(dāng)他的母親問他為什么要送一雙如此鮮艷的襪子時(shí)，他正確的反應(yīng)可能只有兩種：

• 原來您不喜歡這種櫻桃紅呀，雖然我覺得這一點(diǎn)都不鮮艷，但還是換一雙吧。
• 我看到其它老人也穿了很接近這種顏色的襪子呀，為什么您不喜歡呢？

雖然有很多可能性可以讓兄弟兩發(fā)現(xiàn)他們的色覺與常人相異，但是明顯不是這種直接向他人詢問 “這雙襪子到底是不是櫻桃紅色”的方法。

這也就是所謂的“色盲悖論”。

編出來的故事總是有bug

好了，現(xiàn)在讓我來公布真相吧——這個(gè)故事是一個(gè)文學(xué)作者編的，它最早的來源是一本為道爾頓寫的傳記，但是其中包含大量的文學(xué)描寫，作為一名科學(xué)的外行，編出來的故事有點(diǎn)硬傷自然不奇怪。

那么色盲癥的發(fā)現(xiàn)究竟是如何發(fā)現(xiàn)的呢？這就需要一點(diǎn)更深入的資料了。其實(shí)在道爾頓之前就一位科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了人群中存在部分色覺異常者，他不僅也是搞物理的，還是有史以來最厲害的物理學(xué)家之一——牛頓。

在牛頓發(fā)現(xiàn)太陽光可以通過三棱鏡分解后，公開展示并讓許多人來參觀，但是其中就有人提出異議，因?yàn)樗麄儫o法像多數(shù)人一樣分辯出6種以上的色彩。牛頓將這一重大發(fā)現(xiàn)寫成論文，于1672年發(fā)表在人類第一份科學(xué)期刊《自然科學(xué)會(huì)報(bào)》上，在本文中牛頓提到了上述細(xì)節(jié)，可能算是科學(xué)界第一次出現(xiàn)有著色覺異常的記載。

但是這并沒有引起科學(xué)家的重視（當(dāng)然，在那個(gè)科學(xué)大發(fā)現(xiàn)的年代值得注意的事情太多了，沒有注意到很正常）。在差不多100年后的1777年，還是在《自然科學(xué)會(huì)報(bào)》上發(fā)表的一篇通信中提到了另一個(gè)明確的色盲案例——名為哈里斯的鞋匠和他的兄弟都不能分辨紅色，彩虹在他們看來是由深淺不一的同一類顏色組成的。

之后有關(guān)色盲的報(bào)道漸漸多起來，引發(fā)了科學(xué)家的注意，人們開始探究起人類對(duì)色覺的感知原理。而在這個(gè)時(shí)候身為科學(xué)家，擁有科學(xué)研究能力同時(shí)也是紅色盲患者的道爾頓成為色盲研究第一人也自然順理成章了。

現(xiàn)在可以查閱到的有關(guān)道爾頓對(duì)色覺異常認(rèn)識(shí)的最早記錄來自《曼徹斯特文學(xué)與哲學(xué)學(xué)會(huì)回憶錄》，讓他意識(shí)到自己與他人不同的并不是火紅的襪子，而是植物花卉。

因?yàn)槟莻€(gè)時(shí)候的科學(xué)還沒有像現(xiàn)在一樣高度分化，所以所謂的科學(xué)家就真的是“科學(xué)家”，什么都要研究研究，包含植物分類在內(nèi)的博物學(xué)也不例外，所以年輕的道爾頓也會(huì)研究植物。

不過道爾頓經(jīng)常會(huì)向他的同事一本正經(jīng)地詢問一些奇怪的問題，比如說“這朵花是藍(lán)色的還是粉紅色的呢？”同事們一直覺得他在開玩笑，他自己也沒覺得有什么不對(duì)，甚至還認(rèn)為“有些顏色可能存在命名上的錯(cuò)誤”。

但是直到有一天晚上，道爾頓無意中撇了一眼燭光下的馬蹄紋天竺葵（zonale geranium），驚訝地發(fā)現(xiàn)它變色了！他記得很清楚這種花在陽光下就如藍(lán)天一般清澈，但是現(xiàn)在它看起來是“紅色”的（這不是真的紅色，而是道爾頓眼中的紅色——常人眼中的灰黃綠色）。

于是他向周圍的人詢問馬蹄紋天竺葵在白天晚上是否會(huì)變色，結(jié)果正如最初的故事那樣，只有他和他的哥哥觀察到了變色。隨后他以自己為研究對(duì)象，仔細(xì)分析了自己的色覺問題，并寫下了那篇人類第一次正式研究色盲現(xiàn)象的論文。

論文中指出“在大多人眼中牛頓光譜有六種顏色，雖然牛頓本人將紫色分為為靛藍(lán)和紫色，但在我看來這只是一個(gè)命名上的差異，但是我只能區(qū)分兩到三種不同，在我看來紅、橙、黃、綠它們都是深淺不一的黃色”。

這就是人類第一次正式發(fā)現(xiàn)并認(rèn)識(shí)色盲癥的故事了，可以看到這個(gè)故事完全沒有了邏輯上的漏洞，但是卻新增了一些令人困惑的信息。

天竺葵變色之迷的解釋

相信大家都有一點(diǎn)疑惑，為什么色盲患者眼中的馬蹄紋天竺葵會(huì)變色呢？色彩到底是一個(gè)什么原理？

這就要從生物的角度而不是物理的角度來理解了，首先我們得搞清楚一個(gè)問題——為什么我們要進(jìn)化出辨別色彩的能力？

這可是非常認(rèn)真的，事實(shí)上大多少哺乳動(dòng)物不僅眼睛不能對(duì)焦，就連顏色分辯力也很差。相信很多人聽說過，斗牛布上的紅色其實(shí)對(duì)牛并沒有特殊的作用，所有的牛都是藍(lán)色盲，他們分不清藍(lán)色與黃綠色。這是因?yàn)椴溉閯?dòng)物的祖先是一種夜行生物，色覺根本沒有用處，弱光下感知光線的能力才是最重要的。

不過靈長(zhǎng)目動(dòng)物大多擁有三色色覺，就像人類這樣。這是因?yàn)樨S富的色覺是非常重要的能力，在辨別樹上果實(shí)是否成熟，地上蘑菇是否有毒非常有用（這并不代表某種顏色是有毒的代表，但是能將顏色分得更細(xì)對(duì)認(rèn)識(shí)品種非常有用），所以靈長(zhǎng)目的祖先將失去的色彩能力再次進(jìn)化出來了。

這很明顯會(huì)導(dǎo)向一個(gè)結(jié)論——?jiǎng)游锏纳X是為了辨別而進(jìn)化出來的，我們的眼睛不是什么精密的科學(xué)儀器，“客觀”在眼睛進(jìn)化的路上根本就沒有地位。

所以在我們眼中所呈現(xiàn)的顏色其實(shí)是經(jīng)過大腦綜合處理的信號(hào)，而為了將“重點(diǎn)突出”，我們的大腦會(huì)在處理的時(shí)候?qū)σ恍┬盘?hào)進(jìn)行加強(qiáng)與削弱，所以在人類的色覺空間中存在一種名為“色補(bǔ)拮抗”的特殊效應(yīng)，紅色與綠色、藍(lán)色與黃色的視覺信號(hào)在大腦中會(huì)“此消彼長(zhǎng)”。

這是什么意思呢？簡(jiǎn)單解釋一下，就是當(dāng)我們同時(shí)看到兩種互補(bǔ)光的時(shí)候，較強(qiáng)的一方會(huì)將較弱的一方消掉。比如同時(shí)將藍(lán)光與黃光照射進(jìn)眼中，如果藍(lán)光較強(qiáng)，則我們完全無法感知黃光的存在，反之亦然。如果藍(lán)光與黃光勢(shì)均力敵呢？那它們就會(huì)完全抵消，表現(xiàn)為無色的白光。

令人吃驚的是，這個(gè)原理的應(yīng)用就在我們身邊，發(fā)出白光就LED利用的正是此原理，在藍(lán)光LED的表面上涂一層吸收藍(lán)光就會(huì)發(fā)出黃光的熒光劑，在調(diào)節(jié)恰當(dāng)?shù)那闆r下黃光與未被吸收的藍(lán)光混合在一起，看上去就是白光（這也就是為什么發(fā)明藍(lán)光LED的中村修二能獲得諾貝爾獎(jiǎng)的原因了，藍(lán)光LED實(shí)在是太重要了）。

有了這些知識(shí)，我們就可以知道為什么在道爾頓的眼中花會(huì)變色了，因?yàn)殛柟庵泻写罅康乃{(lán)光，花朵即反射了紅光也反射了藍(lán)光，正常人在色補(bǔ)拮抗的作用下會(huì)消除藍(lán)光，于是只能看見粉紅色。道爾頓兄弟得的是紅色盲，他們的眼睛中沒有感知紅色的視錐細(xì)胞，所以只能看到藍(lán)光。

但是晚上就完全不一樣了，燭光的光譜不全幾乎沒有藍(lán)光，所以道爾頓兄弟的眼睛只能依靠感知綠光的視錐細(xì)胞帶來色覺信號(hào)，看到的就是被我們稱為黃色的顏色了。

更深一步，解釋所有的問題

那可能又有童鞋要問了，這里還是有兩個(gè)問題看不明白呀：

• 燭光的光譜不全為那為什么普通人感覺沒有變色呢？藍(lán)光的缺失不會(huì)對(duì)色補(bǔ)拮抗造成影響嗎？
• 道爾頓兄弟只用綠色視錐細(xì)胞感知紅光，為什么看到的不是綠光而是黃光呢？

對(duì)于第一個(gè)問題，其實(shí)答案很簡(jiǎn)單，每個(gè)人的大腦都有顏色糾偏的能力，比如說這張幾年前讓大家吵得不可開交的圖，到底是藍(lán)黑還是白金？事實(shí)上這是一條藍(lán)黑色的裙子在過強(qiáng)環(huán)境光的影響下出現(xiàn)了色彩偏移，但是大約有60%的人沒有能力糾偏（我也不行）。

但是對(duì)燭光下的一朵小紅花進(jìn)行色彩糾偏幾乎所有的正常人都可以做到，所以大家并不會(huì)覺得它變色了，雖然事實(shí)上它真的與日光下顏色的不太一樣。

那么第二個(gè)問題呢？這就要從人類眼睛感知色彩的工作方式說起了。我們通常會(huì)說人眼中有三種視錐細(xì)胞分別感知紅、綠、藍(lán)三種光線，所以人類才能認(rèn)識(shí)三原色，這三種細(xì)胞也分別以這三種顏色來命名，叫紅色視錐細(xì)胞、黃色視錐細(xì)胞和紅藍(lán)色視錐細(xì)胞。

不過這種認(rèn)識(shí)其實(shí)是錯(cuò)誤的，下面這張圖是人眼視覺細(xì)胞感光靈敏度與最終呈現(xiàn)出色彩的關(guān)系圖，你會(huì)驚訝地發(fā)現(xiàn)一些事實(shí)——在530nm波長(zhǎng)光線，也就是被人識(shí)別為綠光的區(qū)域，紅色視錐細(xì)胞也相當(dāng)活躍。這也就是說人腦中的綠色其實(shí)是由綠色與紅色視錐細(xì)胞的信號(hào)合成的。

這也就是說，在沒有紅色視錐細(xì)胞信號(hào)輸入的情況下人類不僅看不到紅色，就連綠色也看不到。還記得上面那張色補(bǔ)拮抗的圖嗎？沒有了紅色信號(hào)后那一條紅與綠的拮抗曲線就徹底消失了，只剩下藍(lán)與黃的曲線，很明顯可以看到藍(lán)之后就全都是黃了（是的，紅色盲癥患者也看不見紫色）。

歸根結(jié)底，顏色這個(gè)東西是人腦中制定的一套區(qū)分不同波長(zhǎng)光線的符號(hào)，為了直觀就不可能多精確。你此刻盯著的手機(jī)屏幕也是如此，這東西只能發(fā)出三原色的光，其它的所有顏色都是通過組合欺騙大腦所生的，比如紅光+綠光看起來是黃色，其實(shí)根本不是黃光！真正的黃光是波長(zhǎng)在620nm左右的光，而不是700nm與520nm光的混合物。

有關(guān)色盲悖論的故事就說到這里啦，不知道大家有沒有百無聊賴地讀完呢？我是酋知魚，一條仔細(xì)認(rèn)真的科學(xué)作者，歡迎關(guān)注！