彩色的影子

黃連飛

影子無處不在，有光的地方就有影子，光在直線傳播過程中，遇到不透明的物體，物體后面光不能到達的區域，便形成了影子。平時，我們看到的影子總是黑色的，那有沒有彩色的影子呢？事實上，的確是會出現彩色的影子。那么在什么情況下影子才會變成彩色呢？ 這涉及到光的混合問題。

光的混合和顏料的混合

中學物理知識告訴我們，白光是由多種顏色的色光組合而成的，其中紅、綠、藍三種光稱為光的三原色，其他色光可以由這三種色光混合而成。與之相對的是顏料的三原色——黃、品紅、青，由這幾種顏色組成的顏料可以調配出其他絕大多數的色彩。

要理解色光的混合與顏料的混合原理，必須先對人眼視覺的生理特性作初步了解。

當外界光輻射到人眼中時，會刺激視網膜引起視覺，因此物體的顏色既取決于外界光的刺激性質，又取決于人眼的視覺特性。

人眼中有兩種感光細胞——桿狀細胞和錐狀細胞。其中桿狀細胞對亮度的靈敏度高，能分辨亮度的差別，而對顏色的分辨本領極差；錐狀細胞對亮度的靈敏度不高，卻能分辨顏色。在亮度較強時，主要靠錐狀細胞產生視覺作用，所以人眼能分辨出萬紫千紅的彩色世界；而在昏暗的場合，主要靠桿狀細胞產生視覺作用，因此人眼看到的物體無顏色之分，只有灰蒙蒙的影像。另外，人眼中有三種錐狀細胞，分別對紅、綠、藍三種色光最敏感，三種細胞在某種光的刺激下，分別產生不同程度的興奮，便產生相應的顏色視覺。

由于人眼的視覺暫留現象和分辨率的局限性，當兩種不同的色光出現的間隔時間很短或兩種色光的發光點距離過近，人眼只能產生一個總體的刺激知覺，這便是視覺的時間混色效應和空間混色效應。

之所以光的三原色和顏料的三原色不同，是由于色光是直接作用于人眼，而顏料的色彩卻是一種反射光。因為顏料本身不發光，顏料所呈現的顏色是它把入射白光中的該種顏料顏色成分的光反射或透射出去，而把其他成分的色光吸收掉的結果。人們將這兩種三原色分別稱為加色法和減色法。但實際上，很多人會把顏料的色彩混合和光的色彩混合混淆起來，所以才出現為何會出現彩色的影子這樣的疑惑。

制造彩色的影子

如下圖，假設同時用紅光和綠光兩種單色的色光從不同方向照向物體，兩種光都會在物體后形成各自的陰影區。當紅光剛好照射到綠光所形成的陰影區域時，這個影子的區域就會呈現紅色；同樣綠光也會使紅光的陰影區域呈現綠色；而在紅、綠兩種色光同時照到的區域，由于色光的疊加，會呈現出黃色。同樣道理，若用其他不同的色光同時照射物體，光屏上的“影子”顏色自然也就不同。這樣，就出現了“彩色的影子”。

在一些科技場館，就有制造彩色影子的游戲：一面白墻的對面裝有三盞燈，分別發出紅、綠和藍三種色光。墻之所以看起來是白色的，就是這三種顏色適當混合的結果。通過這三盞燈可以制造出七種顏色的影子：青、紫、黃、藍、紅、綠、黑。當擋住三種光線中的一種時，另外兩種光線就會混合制造出青色、紫色或黃色影子。比如擋住藍光時，剩下的紅光和綠光混合成黃光。當把手指伸到黃色光線中時，會看到紅色和綠色兩個影子。這是因為當手指擋住從一個方向來的紅色光線時，只有綠色的光線投在墻上形成綠色的影子；當手指擋住由另一個方向來的綠色光線時，只有紅色的光線投在墻上形成紅色的影子。也就是說，當物體擋住了一種顏色的光線時，在這種光線的陰影區還有另一種色光反射回來的光線，因此該陰影區顯示為這種反射光的顏色。只有當所有的色光都被遮擋時，此時的陰影才顯示為黑色。