如何回答孩子问我「为什么越多的颜料混在一起会越来越黑」?

如何回答孩子问我「为什么越多的颜料混在一起会越来越黑」?

中科院物理所,没错,我就是那个物理所。

我觉得这是因为你不会调色[doge]。

不过如果你随便把各种颜色的颜料混在一起确实会变黑,这我倒可以解释一下,虽然我也不会调色,不过我会物理。

这要从物质的显色原理说起了,当光照射到物质上,会发生吸收、透射、反射等。不同的物质由于其组成和结构不同,会吸收不同波长的光,也就是吸收不同颜色的光。物质的颜色便主要取决于物质吸收了什么颜色的光,你看到的颜色就是所吸收的色光的互补色。

色彩学其实是一个非常复杂的事情。

我们先来了解一下三原色,光学三原色是红色(700nm)、绿色(546.7nm)、蓝色(435.8nm)的高纯色光,就是传说中的 R(Red)、G(Green)、B(Blue),这三种色光组合可以得到我们能看到的绝大多数光。人眼能看到的所有色彩大致都位于下面这个奇异的三角形中(当然也因人而异),这就是 CIE 色度空间,其曲线边界就是可见光的单色光曲线,这个图的绘制并不简单,这里就不介绍了。不难看出,选择 RGB 三种色光可以混合得到尽可能多的混合色,在 CIE 色度图上占有较大区域。当然,你也可以加入第四种色光或更多色光以尽可能的拟合 CIE 色度图。不过没必要。

CIE 色度图 | 图源自 Wikipedia
显示器常用光学三原色三角形,其顶点为光学三原色 | 图源 Wikipedia

颜料的三原色与光学混合色不同,颜料三原色分别是黄色(Yellow)、青色(Cyan)和品红色(Magenta),它们分别是光学三原色蓝、红、绿的补色,两两混合可以得到光学三原色,因此组合可以得到其他混合色。

光学三原色 | 图源自 Wikipedia
颜料三原色 | 图源自 Wikipedia

这里的补色就是指两种互补的单色,补色机制也分为光学互补色与美术上的互补色。光学上,两种单色光如果以适当比例混合可以产生白光,则称两种颜色为互补色;美术上的三原色与光学不同,其互补色为色相环上成 180°角的两种颜色,两种互为补色的颜料混合可以得到灰白色,即颜色暗淡的白色。

两种色相环 | 图源自百度百科

因此,对于物质来说,我们看到的颜色是吸收的单色光的补色。

举个例子。对于普通玻璃,对所有色光都不会发生明显吸收,所有色光都可以透过玻璃,因此我们可以看到来自玻璃另一面的所有色光,那这种物质就是透明的;而对于彩色玻璃,比如橙黄色玻璃,主要吸收蓝光,则我们接受的光种缺少蓝光成分,则我们看到的颜色即为橙黄色;而对于不透明的物质,例如绿叶,绿叶中的叶绿体,含有叶绿素、叶黄素、花青素等色素,主要吸收红光和蓝紫光,则剩余色光中红光成分和蓝紫光成分减少,其光学补色是绿色,因此,我们看叶子是绿的;那相应的,黑色的物质会吸收可见光波段的所有色光(实际上并没有能完全吸收所有可见光波段的物质),因此光照射到这种物质上,就不会有光反射进入人眼,这就是黑色的;而白色的物质就会反射所有色光而不会吸收,因此进入人眼的光含有各种成分的单色光,混合起来就是白色的。

回到题目本身,你就可以发现,如果我将两种不同颜色的颜料混在一起,其实会得到新的颜色,尤其是如果是两种三原色的颜料。我们再举个例子

如图所示,我们可以用品红色(图中 M 层)和黄色(图中 Y 层)组合出红色。由于品红色是绿色的补色,会滤去绿色光,黄色是蓝色的互补色,会滤去蓝色光,因此只有红色光被反射,最后混合颜料就是红色的。绿色颜料和蓝色颜料也可以用同样方法得到,而将三种颜料混合再一起,就会同时滤去光学三原色的三种色光,看起来就是黑色(其实应该是深灰色)。

图源自参考资料 1

这里给出一些常见的颜色的混合比例。各位读者可以参考一下,题目中的小朋友也可以试试按比例调配一定的颜料会不会变黑。

常见颜色调配方法 | 图源自参考资料 1

因此,只要你掌握方法,就可以得到各种色彩丰富的颜料。但当你随意混合颜料时,滤去的色光就会变多,同时由于颜料层变厚,看起来会越来越黯淡,所以看起来就是越来越黑。不过,有一个好消息,如上文所说,你其实不会得到纯黑的颜料,因为没有物质可以吸收所有色光,即便是在可见光波段。

当然以上仅仅是从色彩本身讨论,颜料本身的性质也会影响最终呈色。例如,传统的的矿石颜料是由各种具有颜色的矿石磨成粉加胶做成的。这种颜料中的矿石颗粒大小也会影响颜色,一般大颗粒没有小颗粒透明性好,例如石绿,随着颗粒由大变小,颜色会有明亮的翠绿色逐渐变为粉绿色。有的绘画作品再调色时也会利用颗粒大小搭配出层次丰富的色彩。因此,实际颜色调配是一件非常复杂的学问。不过这我就不懂啦。

参考资料:

[1]王在春.三原色应用原理[J].北京纺织,1992(02):26-28.

[2]陈荣圻.三原色染料(一)[J].印染,2002(04):30-33+54.

3. CIE 1931 color space | Wikipedia

4. Color space | Wikipedia