光與色彩

        自有天地以來，太陽就像一團光球，不斷地發出光能與熱能，向四方照射。人類居住的地球，卻是太陽系的行星中，唯一有生物生存的星球，地球不停地繞著太陽旋轉，接受太陽光的照射，因此有日夜的變化、四季的更替，也使萬物賴以為生。太陽光除了與生命有關之外，也與物象的色彩有著密切的關係。

        黎明之際，一道曙光劃破漫漫夜空，頓時宇宙萬象漸露形跡，及至艷陽高照，自然界的物象沒有不清晰可見的，當我們看見物象的形狀、大小等特徵之時，同時也看見了色彩，所謂「各式各樣」、「形形色色」等，都是指在光線照耀下，所見的物象與色彩是同時存在的最好比喻。如果在白天裡，將鮮艷美麗的花卉，移進一個完全不透光的暗室之中，我們若置身在此暗室，當然看不見任何東西，也不知其形式與色彩。可見，有了光線才能看見物象，而太陽光則是最重要的光源。當陽光隨著時間的進行，色彩也因此而產生微妙的變化，一天之中所見的物象，在色澤上就有了許多不同的情況發生。

        若將一盆花卉，置於陽光下，而分別在早晨、正午及傍晚去觀察它，由於光線的不同，將會發現早晨的陽光透過層層的霧氣，使花看起來脈絡分明，清新悅目。正午時分的花卉則會因為陽光太強烈，或由於光線直射，缺乏從旁來的光做為輔助，而感覺缺乏柔和的效果。而傍晚所看到的花，卻由於陽光的減弱，較有明暗變化，加上落日餘暉的反照，更增添一分美妙的感覺。這也是攝影家們喜歡利用早晨、下午或黃昏的時候，去捕捉自然景色的原因所在。由此可知，光線的強弱及不同的照射方向，都會影響到物象的色彩，就像晨曦與夕陽的美景，其特有的色彩感覺是令人難忘的。

        由於光與色彩有直接的關連，必須深入探討的原理甚多，茲將重要而基本的要點分述如下：

1. 光源

        宇宙中的物體，能自行發光的稱為光源。如太陽、流星、或物體撞擊產生的火花等都是屬於自然光源。通常所指的重要光源，即太陽光。然而人類的照明活動，不是完全靠自然光源供給。此外，夜間的照明或特殊效果的運用也大量地使用了人工光源，即蠟燭、燈泡、日光燈、水銀燈、霓虹燈等人工光源所發出的光線，又稱人工光線。

        這些光源發出的光之顏色稱為光源色，如太陽光、燈泡、日光燈等光源色，在感覺上似乎都是相同的白色光，但如是仔細觀察，即可發現燈泡的光有偏黃的感覺，日光燈的光有偏青白的感覺，而不同於太陽光。而霓虹燈的光，則是光源本身即有特定的顏色，投射在物體上即呈現明顯的色彩，一般做為裝飾之用。

2. 光譜

        人們經常認為太陽光是無色的或是單純的白色，在科學家還沒有實驗證明以前，並不知太陽光裡含有紅、橙、黃、綠等多種色光，也無法想像，任何物體必須經由這些色光照射結果，才能顯現色澤，並易於分辨其造形的特徵。

        西元一六六六年，英國物理學家牛頓（ISAAC NEWTON, 1642~1727），發現白光，即太陽光，並不是人們所認為最單純的光線，而白光分解出來的色光，才不是不可再行分解的單色光線。

        牛頓的實驗，是將太陽光引入暗室，使其通過三稜鏡，此時，光就會發生曲折現象，再將曲折後的光放映到白色的布幕，布幕上就出現紅、橙、黃、綠、青、靛、紫等七種色彩，並且依上面順序排列成帶狀，這個現象稱之為「光帶」或「光譜」（SPECTRUM）。

人可以用肉眼看見的光

        這些被分解的色光，若再次通過三稜鏡，已不會再發生分光的現象，所以又稱之為「單色光」。牛頓為證明他的理論，更將這七種單色光，透過實驗的證明，將它們還原為白光，使他的理論得以確立，並為爾後的色彩學研究奠定宏基。

        然而，牛頓一直認為光譜上有最基本的七種色彩，經由後來的學者做更徹底的研究分析，認為「靛」色是介於青、紫之間，是由青與紫二色光混合而成。因此，後來對色光的理論，就剔除靛色，以紅、橙、黃、綠、青、紫等六色一直延用至今。

        在物理學上，光即是一種電磁波，分佈的範圍無限廣泛，光譜上的色光帶有紅、橙、黃、綠、青、紫等六色，只是我們的眼睛所能見到的極小部分而已，這肉眼能見到的部分，稱之為「可視光譜」，在可視光譜內，可視光的波長範圍大約介於７００nm至400nm之間(nm即nano-meter之縮寫，1nm=1mμ=１００萬分之一釐米)。我們所見的太陽光，也就是由這些紅、橙、黃、綠、青、紫等色光混合而成，由於各色光因波長的曲折率有所不同，因此我們能看到各種不同的色彩，紅色光的曲折率最小，波長最長；紫色光的曲折率最大，其波長最短。而在可視光譜的兩端，尚有肉眼看不見的光波，往外放射到甚遠之處，有比紅色波長更長的放射線，其波長超過７００nm以上的，稱之為「紅外線」，即使人感到溫暖的熱線及無線電波等，都是紅外線的範圍。比紫色波長更短的放射線，如果低於４００nm時，就是使皮膚曬黑的光線，稱為「紫外線」，醫學上最常使用的χ光線、γ射線等，就是紫外線的一種。

        除了自然的太陽光以外，一般使用的燈泡照明，由於黃色光之波長含量較多，所以使被照射的物體色彩，有偏黃的現象；如果改用日光燈照明，則帶有青色光之波長含量較多，會使被照射的物體表面，產生青白感。這兩種人工光線與太陽光線，常使我們分辨物體色彩，有著極大的差異。例如，我們在夜間逛百貨公司，從五光十色的櫥窗中挑選的衣物，如果放在白天的太陽下觀察，會發現太陽光下的照射效果，缺乏修飾與調整，使衣物只能顯出色彩，缺乏百貨公司櫥窗中那種美妙的照明氣氛，這就是太陽光線與人工光線明顯區別之處。現代人對自然光線與人工光線的運用，已有一套明確合理的系統與做法，兩者若善加處理，必有一番美好的效果。

3. 物體色

        色彩並非原本就固定於物體上，色彩的成因，乃是被光線照射而產生的，也就是光線與物體接觸時，物體表面所反射的光，刺激到眼睛網膜上，由此而感覺到色彩的存在，稱之為「物體色」（OBJECT COLOR）。

        譬如，這裡有一個看起來是紅色的物體，被陽光照射時，此物體先是將大部分的光線吸收，然後再以反射紅色光為主，這些被吸收或被反射的光線，在比例上有多與少之分別。那麼，此物何以看起來是紅色的理由，就是被反射出來的紅色光之波長含量最多，所以，此物看起來是紅色。當然，其餘的色光如橙、黃、紫等色，也有微量的反射。由此可知，雖是眼見紅色的物體，但也並非是只反射單純的紅色光而已，這種情形稱之為「複合光」。

        其實，一般所見任何顏料的色彩及所有物象的顏色，都已經是混合了數種單色光而成某一獨立的色彩。

        物體色並非一成不變的，如果物體分別受到不同性質的光源照射，這個物體色將會因為光源不同而有所偏差，由於這種偏差是很微弱的，常不受注意。因此在陽光下或燈光下觀看的物體，就常以習慣的色彩感覺為標準，事實上若要確立標準色，必須先決定使用何種光源。因此，國際上已有規定Ａ光源、Ｂ光源、Ｃ光源等，做為選擇特定光源之用。所謂Ａ光源即夜間照明用的燈泡所發出來的光；Ｂ光源就是白天正午的陽光；Ｃ光源則是晴天斜射的陽光或是略為偏青白感的日光燈、水銀燈。

        此外，光源色若不是一般的白色光源，而是藍色光源，將此藍色光源投射在白色的物體上，那麼此一物體色即轉為藍色。可知光源性質與物體有密切的關係。然而也不是所有的物體色，都是純屬於被吸收或被反射的原理，如彩色玻璃、彩色透明體等，則是由於光線的吸收、透過與反射呈現的色彩，也就是物體色的一種，被稱為「透過色」。

        在五花八門、包羅萬象的世界裡，除了眼睛直接看見光線，其間並無他物阻隔之外，光在不同的材質上，於是產生了吸收、透過、反射、擴散、曲折等現象。如前所述之一般的物體色原理是一種變化反射。而鏡子能完全看見鏡中影像，是屬於正反射。一般表面具有粗糙質感的物體，會使光的反射方向不一致的，被稱為擴散反射。浮油、肥皂泡的表面會閃閃發光，則是一種干涉反射。而三稜鏡使光發生曲折的現象，則屬於光的分解通過。

4. 白色與黑色

        一般而言，討論光的反射與吸收的情形，大都以太陽光為適當的光源。當光線照射到物體表面時，如果光線全部反射回去，我們就看見了白色；反之，如果光線全部被吸收，那這個物體就是黑色的了。然而，實際的物體色，並非有百分之一百完全反射光線，或百分之一百全吸收光線。自然界並沒有真正純黑或純白的物體。只能假設有理想中的純白或理想中的純黑。因為我們所能看見的白色，也是稍有吸收一些色光，而將絕大部分的色光反射出來；而所見的黑色，也並不是完全吸收光線，它也約些微色光反射出來。如果該物體的色光能夠很平均地被吸收，也很平均地被反射出來，那就是我們看到的灰色。

        在物理學的研究上，認為黑、白都不能算是色彩，因為白色將各色光完全反射到眼睛，而無法感覺到任何色彩；黑色是各色光完全被吸收，而使眼睛無法接受到刺激。根據專家的測定，假定理想白的反射率為１００，吸收率為０；而理想黑的吸收率為１００，反射率大約在９２％至６４％之間的，就是一般認為的白色；反射率若在６４％至１０％之間的就是灰色；而吸收率若在９０％以上者，就是屬於一般所見的黑色。然而，在色彩學上對於黑色與白色的看法，經常使用比較的方式，因為仔細分辨的話，白色當中有各種相差甚微的白色；黑色當中也有各種不同的黑色；黑與白之間的灰色層次更是可以多得無法勝計。因此，若單獨觀看而不加以比較，就難以區分。黑、灰、白在色彩學上是屬於無彩色的類別，而不同於紅、橙、黃、青等有彩色的部分，但在色彩調和的變化上，黑灰白卻從中扮演重要的角色。譬如，由於黑色適量加入有彩色，會使色彩感到灰暗些；而白色若加入有彩色，又約會提升色彩的調子，而感到較為明亮些，這些將留待以後的章節詳述之。

5. 視覺作用
        
        有了光源及被照射的物體，還需要視覺的作用，方能真正感覺到色彩。若生理不正常，對於識別色彩有缺憾，如色盲或失明者，縱使有光源及物體的存在，也是不能正確辨別物象與色彩。因此，只要是正常的眼睛，光線一旦進入，就會產生視覺作用，而無論這些光線是屬於直接光、反射光、或吸收、透過等現象的色光，只要進到眼睛後，經由水晶體與虹彩的作用，到達眼球內側的網膜，刺激網膜上的視覺神經細胞，而傳到大腦的視覺神經中樞，於是感覺到色彩與物象的產生。其視覺作用的次序如下：

光線─＞角膜－＞虹彩（瞳孔）－＞水晶體－＞玻璃體－＞網膜－＞視覺神經細胞層－＞大腦視覺神經中樞－＞引起色彩的感覺。

對於每一部分色感作用的重點，茲加以說明：

        角膜是在眼球前面有一層無色的半圓形透明體。

        虹彩是掌管伸縮作用，也就是瞳孔。

        水晶體是位於眼球正中央，光線經由它的折射後由玻璃體傳給網膜。

        網膜是相當於攝影機的底片，網膜上有圓錐狀及圓粒狀神經細胞層，使眼睛適應明暗，辨別色彩。

        黃點與盲點是網膜中感覺最敏銳的部分，能夠清楚注視物體就是因為影像剛好投射到黃點。

6. 雷射光（Laser）

        雷射光，其全文是light amplification by stimulated emission of radiation，而laser是取其縮寫。即光量子放大之意。雷射是現代科技文明的產物，雷射光不同於一般的色光，因雷射光最大的特色是聚光性特強，它能夠在極小的面積上，聚集極高密度的光能量，來達到效用。目前雷射光的運用範圍日趨廣泛，從醫療、光學研究、加工處理、藝術彫刻以及舞台燈光設計等，無不高度發揮雷射光的功能。