怎么用科学解决色盲悖论（消灭童年的困惑）

我从小就是个爱好科学的小朋友，看过很多科普图书，其中有一个关于色盲症的故事在我心中留下了非常深刻的印象。

这应该是很多人都耳熟能详的故事：

18世纪的知名英国物理学道尔顿圣诞节前夕给母亲买了一双“棕灰色”的袜子作为礼物，但是母亲在收到礼物后感觉非常奇怪，她问道尔顿：“我年纪已经这么大了，这双樱桃红的袜子这么鲜艳，让我可怎么穿呢？”。道尔顿感觉非常奇怪，这双袜子明明就是棕灰色的，为什么母亲会觉得它太过鲜艳呢？于是他拿着这双袜子四处向他人求证，结果除了他和他的哥哥，所有人都说这双袜子是樱桃红色的。

道尔顿没有放过这个细节，通过仔细研究，他发现自己与弟弟的色觉与常人确实有差异，并写了一篇论文——《论色盲》。

于是色盲症就成了有史以来第一个被物理学家确认的遗传病，人们为了纪念他，英语中红色盲症又叫道尔顿症（总感觉外国人的纪念方式怪怪的……）。

色盲悖论

好的，我不知道大家当年看到这个故事的时候有何想法，不过可能有些童鞋也曾发现过其中不合理的地方——道尔顿兄弟是如何认识“樱桃红”这个概念的呢？

对，我们很容易就能发现这个问题——在道尔顿生命的前28年里是如何看待樱桃的呢？色盲症是一种遗传病，所以患者终其一生都只能看到与常人不同的世界，他们为什么会很轻易就理解母亲所说的“樱桃红”是一种非常鲜艳，不适合老年人的颜色呢？

我无论怎么推理都会得到一些与故事相龃龉的证据，很显然道尔顿兄弟的世界中从来就没有真正的红色出现过，但是他们一定从小就在不断接触“红色“的概念。那么唯一的结果就是他们会将眼中有点棕又有点灰的颜色与“红色”这个单词关联起来。“红色”就是“灰黄绿色”的近义词，樱桃在兄弟二人的眼中就是一种灰黄绿色的小果子，“樱桃红”自然也就是专门形容这种果子颜色的单词了。

既然这样，那么当他的母亲问他为什么要送一双如此鲜艳的袜子时，他正确的反应可能只有两种：

1. 原来您不喜欢这种樱桃红呀，虽然我觉得这一点都不鲜艳，但还是换一双吧。
2. 我看到其它老人也穿了很接近这种颜色的袜子呀，为什么您不喜欢呢？

虽然有很多可能性可以让兄弟两发现他们的色觉与常人相异，但是明显不是这种直接向他人询问 “这双袜子到底是不是樱桃红色”的方法。

这也就是所谓的“色盲悖论”。

编出来的故事总是有bug

好了，现在让我来公布真相吧——这个故事是一个文学作者编的，它最早的来源是一本为道尔顿写的传记，但是其中包含大量的文学描写，作为一名科学的外行，编出来的故事有点硬伤自然不奇怪。

那么色盲症的发现究竟是如何发现的呢？这就需要一点更深入的资料了。其实在道尔顿之前就一位科学家已经发现了人群中存在部分色觉异常者，他不仅也是搞物理的，还是有史以来最厉害的物理学家之一——牛顿。

在牛顿发现太阳光可以通过三棱镜分解后，公开展示并让许多人来参观，但是其中就有人提出异议，因为他们无法像多数人一样分辩出6种以上的色彩。牛顿将这一重大发现写成论文，于1672年发表在人类第一份科学期刊《自然科学会报》上，在本文中牛顿提到了上述细节，可能算是科学界第一次出现有着色觉异常的记载。

但是这并没有引起科学家的重视（当然，在那个科学大发现的年代值得注意的事情太多了，没有注意到很正常）。在差不多100年后的1777年，还是在《自然科学会报》上发表的一篇通信中提到了另一个明确的色盲案例——名为哈里斯的鞋匠和他的兄弟都不能分辨红色，彩虹在他们看来是由深浅不一的同一类颜色组成的。

之后有关色盲的报道渐渐多起来，引发了科学家的注意，人们开始探究起人类对色觉的感知原理。而在这个时候身为科学家，拥有科学研究能力同时也是红色盲患者的道尔顿成为色盲研究第一人也自然顺理成章了。

现在可以查阅到的有关道尔顿对色觉异常认识的最早记录来自《曼彻斯特文学与哲学学会回忆录》，让他意识到自己与他人不同的并不是火红的袜子，而是植物花卉。

因为那个时候的科学还没有像现在一样高度分化，所以所谓的科学家就真的是“科学家”，什么都要研究研究，包含植物分类在内的博物学也不例外，所以年轻的道尔顿也会研究植物。

不过道尔顿经常会向他的同事一本正经地询问一些奇怪的问题，比如说“这朵花是蓝色的还是粉红色的呢？”同事们一直觉得他在开玩笑，他自己也没觉得有什么不对，甚至还认为“有些颜色可能存在命名上的错误”。

但是直到有一天晚上，道尔顿无意中撇了一眼烛光下的马蹄纹天竺葵（zonale geranium），惊讶地发现它变色了！他记得很清楚这种花在阳光下就如蓝天一般清澈，但是现在它看起来是“红色”的（这不是真的红色，而是道尔顿眼中的红色——常人眼中的灰黄绿色）。

于是他向周围的人询问马蹄纹天竺葵在白天晚上是否会变色，结果正如最初的故事那样，只有他和他的哥哥观察到了变色。随后他以自己为研究对象，仔细分析了自己的色觉问题，并写下了那篇人类第一次正式研究色盲现象的论文。

论文中指出“在大多人眼中牛顿光谱有六种颜色，虽然牛顿本人将紫色分为为靛蓝和紫色，但在我看来这只是一个命名上的差异，但是我只能区分两到三种不同，在我看来红、橙、黄、绿它们都是深浅不一的黄色”。

这就是人类第一次正式发现并认识色盲症的故事了，可以看到这个故事完全没有了逻辑上的漏洞，但是却新增了一些令人困惑的信息。

天竺葵变色之迷的解释

相信大家都有一点疑惑，为什么色盲患者眼中的马蹄纹天竺葵会变色呢？色彩到底是一个什么原理？

这就要从生物的角度而不是物理的角度来理解了，首先我们得搞清楚一个问题——为什么我们要进化出辨别色彩的能力？

这可是非常认真的，事实上大多少哺乳动物不仅眼睛不能对焦，就连颜色分辩力也很差。相信很多人听说过，斗牛布上的红色其实对牛并没有特殊的作用，所有的牛都是蓝色盲，他们分不清蓝色与黄绿色。这是因为哺乳动物的祖先是一种夜行生物，色觉根本没有用处，弱光下感知光线的能力才是最重要的。

不过灵长目动物大多拥有三色色觉，就像人类这样。这是因为丰富的色觉是非常重要的能力，在辨别树上果实是否成熟，地上蘑菇是否有毒非常有用（这并不代表某种颜色是有毒的代表，但是能将颜色分得更细对认识品种非常有用），所以灵长目的祖先将失去的色彩能力再次进化出来了。

这很明显会导向一个结论——动物的色觉是为了辨别而进化出来的，我们的眼睛不是什么精密的科学仪器，“客观”在眼睛进化的路上根本就没有地位。

所以在我们眼中所呈现的颜色其实是经过大脑综合处理的信号，而为了将“重点突出”，我们的大脑会在处理的时候对一些信号进行加强与削弱，所以在人类的色觉空间中存在一种名为“色补拮抗”的特殊效应，红色与绿色、蓝色与黄色的视觉信号在大脑中会“此消彼长”。

这是什么意思呢？简单解释一下，就是当我们同时看到两种互补光的时候，较强的一方会将较弱的一方消掉。比如同时将蓝光与黄光照射进眼中，如果蓝光较强，则我们完全无法感知黄光的存在，反之亦然。如果蓝光与黄光势均力敌呢？那它们就会完全抵消，表现为无色的白光。

令人吃惊的是，这个原理的应用就在我们身边，发出白光就LED利用的正是此原理，在蓝光LED的表面上涂一层吸收蓝光就会发出黄光的荧光剂，在调节恰当的情况下黄光与未被吸收的蓝光混合在一起，看上去就是白光（这也就是为什么发明蓝光LED的中村修二能获得诺贝尔奖的原因了，蓝光LED实在是太重要了）。

有了这些知识，我们就可以知道为什么在道尔顿的眼中花会变色了，因为阳光中含有大量的蓝光，花朵即反射了红光也反射了蓝光，正常人在色补拮抗的作用下会消除蓝光，于是只能看见粉红色。道尔顿兄弟得的是红色盲，他们的眼睛中没有感知红色的视锥细胞，所以只能看到蓝光。

但是晚上就完全不一样了，烛光的光谱不全几乎没有蓝光，所以道尔顿兄弟的眼睛只能依靠感知绿光的视锥细胞带来色觉信号，看到的就是被我们称为黄色的颜色了。

更深一步，解释所有的问题

那可能又有童鞋要问了，这里还是有两个问题看不明白呀：

1. 烛光的光谱不全为那为什么普通人感觉没有变色呢？蓝光的缺失不会对色补拮抗造成影响吗？
2. 道尔顿兄弟只用绿色视锥细胞感知红光，为什么看到的不是绿光而是黄光呢？

对于第一个问题，其实答案很简单，每个人的大脑都有颜色纠偏的能力，比如说这张几年前让大家吵得不可开交的图，到底是蓝黑还是白金？事实上这是一条蓝黑色的裙子在过强环境光的影响下出现了色彩偏移，但是大约有60%的人没有能力纠偏（我也不行）。

但是对烛光下的一朵小红花进行色彩纠偏几乎所有的正常人都可以做到，所以大家并不会觉得它变色了，虽然事实上它真的与日光下颜色的不太一样。

那么第二个问题呢？这就要从人类眼睛感知色彩的工作方式说起了。我们通常会说人眼中有三种视锥细胞分别感知红、绿、蓝三种光线，所以人类才能认识三原色，这三种细胞也分别以这三种颜色来命名，叫红色视锥细胞、黄色视锥细胞和红蓝色视锥细胞。

不过这种认识其实是错误的，下面这张图是人眼视觉细胞感光灵敏度与最终呈现出色彩的关系图，你会惊讶地发现一些事实——在530nm波长光线，也就是被人识别为绿光的区域，红色视锥细胞也相当活跃。这也就是说人脑中的绿色其实是由绿色与红色视锥细胞的信号合成的。

这也就是说，在没有红色视锥细胞信号输入的情况下人类不仅看不到红色，就连绿色也看不到。还记得上面那张色补拮抗的图吗？没有了红色信号后那一条红与绿的拮抗曲线就彻底消失了，只剩下蓝与黄的曲线，很明显可以看到蓝之后就全都是黄了（是的，红色盲症患者也看不见紫色）。

归根结底，颜色这个东西是人脑中制定的一套区分不同波长光线的符号，为了直观就不可能多精确。你此刻盯着的手机屏幕也是如此，这东西只能发出三原色的光，其它的所有颜色都是通过组合欺骗大脑所生的，比如红光 绿光看起来是黄色，其实根本不是黄光！真正的黄光是波长在620nm左右的光，而不是700nm与520nm光的混合物。

有关色盲悖论的故事就说到这里啦，不知道大家有没有百无聊赖地读完呢？我是酋知鱼，一条仔细认真的科学作者，欢迎关注！

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