如何向孩子解释「为什么这个世界是五彩缤纷的」?
光的故事：颜色的魔术师
你看，我们之所以能看到颜色，全是因为一个叫做“光”的东西。白天，太阳会给我们送来一种叫做“白光”的礼物。你可能会想，白光不就是白色的吗？其实呀，白光里面藏着好多好多的小秘密！
想象一下，你有一个神奇的棱镜，就像很多玩具里那种透明的小三角一样。当我们把白光照到这个棱镜上时，哇！奇迹发生了！白光会像变魔术一样，被分成好几种颜色，它们就像彩虹一样排成一队，有红的、橙的、黄的、绿的、蓝的、靛的、紫的。
这些颜色其实一直藏在白光里，只是我们平时看不出来。就像你把一盒积木藏在盒子里，只有打开盒子才能看到里面的颜色一样。太阳光也是这样，在遇到棱镜的时候，它就会把藏着的颜色都“放”出来。
物体如何“穿”上颜色？
那么，为什么有的花是红色的，有的叶子是绿色的呢？这就要说到物体是怎么跟光打交道的了。
想想你穿的衣服，为什么这件是蓝色的，那件是黄色的？其实呀，衣服本身并不是有颜色的，是它们“选择”了什么颜色的光。
当白光照到红色的花朵上时，花朵会把白光里所有的颜色都“吸”进去，只有红色的光线它不喜欢，就把红色的光线“弹”回来。就是这些被“弹”回来的红色光线，进入了我们的眼睛，所以我们就看到了红色的花。
同样的道理，绿色的叶子会把白光里除了绿色以外的光都吸进去，只把绿色的光“弹”回来，我们就看到了绿色的叶子。而白色的物体呢，就像一个非常友好的朋友，它会把白光里所有的颜色都“弹”回来，所以我们看到它是白色的。黑色的物体呢，就像一个贪吃的小家伙，它会把白光里所有的颜色都“吸”进去，不留一点，所以我们看到它是黑色的。
是不是很有趣？原来，我们看到的颜色，是物体和光在玩一场“挑选”和“反射”的游戏！
大自然的调色师
你看，大自然就是一位最厉害的艺术家和调色师！
太阳是白光的提供者，它让我们的世界有光，有颜色。
天空之所以是蓝色的，是因为太阳光中的蓝色光线在穿过空气时，会被空气中的小粒子“散射”开来，散落得到处都是，所以我们看到的天空就是蓝色的。当太阳快要落山的时候，光线要穿过更厚的空气层，蓝色的光就更容易被挡住，剩下的红色、橙色、黄色的光就会更多地“跑”出来，所以我们看到的晚霞就特别美丽。
各种各样的植物，它们叶子里的“叶绿素”就像一个绿色的捕光器，它能抓住太阳光中的能量，用来制作食物，所以叶子是绿色的。
鲜花为了吸引蜜蜂和蝴蝶来传播花粉，它们会用各种鲜艳的颜色来打扮自己，比如红色的玫瑰，黄色的向日葵，紫色的薰衣草，就像穿了漂亮的裙子一样。
小动物们，比如孔雀漂亮的羽毛，蝴蝶身上的斑纹，还有各种鸟儿鲜艳的羽毛，它们有的用来伪装，躲避敌人，有的用来吸引异性，就像我们人类用漂亮的衣服来打扮自己一样。
为什么要有这么多颜色呢？
你想想，如果世界只有一种颜色，那该多无聊呀！有了五彩缤纷的颜色，我们的世界才变得生动有趣，才有了这么多的美景和惊喜。
颜色能帮助我们 区分事物。我们可以很容易地从绿色的草地里找到红色的草莓，从蓝色的天空里找到黄色的太阳。
颜色能 传达信息。红色的交通灯告诉我们停下来，绿色的告诉我们可以走了。商店里的商品用不同的颜色包装，也能吸引我们去了解。
颜色还能 影响心情。鲜艳的颜色让人感到快乐和充满活力，柔和的颜色让人感到平静和放松。
所以呀，宝贝，这个世界之所以五彩缤纷，是因为光线里藏着各种颜色，而不同的物体会“选择”反射哪种颜色的光给我们。大自然更是巧妙地利用这些颜色，让每一个生命都拥有独特的魅力，让我们的世界如此美丽和精彩！下次你看到彩虹，或者看到漂亮的夕阳，就可以想起我们今天聊到的这个故事啦！
网友意见
同学，你好！
如果你拥有昆虫的眼睛，你就可以看到紫外光。那么，世界将是这样的[1]。
如果你像螳螂虾一样，能感受到比人类多好几倍的颜色。那么，世界将会是这样的[2]。
螳螂虾的这个本领，让它能够在一大片灰蒙蒙的海底发现猎物。
因为，这些跟海水颜色相近的猎物，在螳螂虾的眼中却是缤纷的。螳螂虾的视觉处理系统能让那些“素颜出门买个菜”的鱼，从背景色中脱颖而出[3]。
在螳螂虾眼中，妹子好看可能主要在尾巴。
昆虫视觉的一大特点是能看见紫外光。这些雀鲷也一样，它们能从一大群黄色的小雀鲷当中，一眼分辨出谁是你的朋友，谁是大伙儿的敌人[4]。因为在它们的眼中，世界是右图这样的。
我们的世界是五彩缤纷。那是因为我们可以看见从380nm到780nm的这段光波。它们像彩虹一样，包括了各种各样的颜色。
但其实，这段光谱只是整个连续光谱中短短的一截，灰色的部分都是人类的肉眼无法感知的。幸好，今天的科学家们能够借助科学仪器，让我们也能感受到不一样的世界呢。
参考
- ^ BBC，Life in Color with David Attenborough.
- ^ [1] Rubin, N. A. , et al. "Matrix Fourier optics enables a compact full-Stokes polarization camera." Science 365.6448(2019):eaax1839.
- ^ https://www.kqed.org/science/1109305/the-snail-smashing-fish-spearing-eye-popping-mantis-shrimp
- ^ [1] Siebeck, U. E. , et al. "A Species of Reef Fish that Uses Ultraviolet Patterns for Covert Face Recognition." Current Biology 20.5(2010):407-410.
这个世界实际上远比你所看到的要更加多彩。——人眼所能看到的尚且不及世界原貌的一瞬。
我们看到的世界映射到视网膜上形成二维的图像，对于图像上的每一个像素点都有一个颜色。但是，真实的情况是，对于二维图像上的每一个像素点，都应该再有一个光谱图（spetrum）的！
这样就是整体三维的信息，这样的图被叫做hyperspetral imaging。但是，没有任何一种光学检测器（单一成像设备）能够单次测量直接采集这样的信息的，所以必须损失一部分的信息——将这样的光谱图（spectrum）转化成一个单一的信息：比如可以将谱图某个特定区域的强度求平均获得一个数字（大多数哺乳类动物）；也可以用多种检测器对好几个区域的强度求平均，然后再用这几个平均值生成一个信息（比如人类3个区域，大多数鸟类4个区域，皮皮虾16个区域）。
对于绝大多数的哺乳类动物，比如牛、马、羊、猫、狗等，就只有一种检测器，所以它们看到的世界就只有黑白灰，如同黑白电视机里面的一般。
而对于人类，则有四种检测器，其中一种（视杆细胞）基本只在夜间使用，而对于平时所看到的颜色有主要贡献的是三种——它们是三种不同的视锥细胞。这些视杆细胞和视锥细胞就在我们的视网膜上。
这三种视锥细胞，分别对于蓝色（附近）、绿色（附近）和红色（附近）的光最敏感，被分成称作S视锥细胞、M视锥细胞和L视锥细胞。当光照射到眼睛的视网膜上后，就会对于这三种不同的视锥细胞产生不同程度的响应。波长短于紫光的光，和波长长于红光的光，都对于这些视锥细胞没有作用，这也是为何人类的可见光在波长400-780纳米左右。
之所以光照会产生响应，这是因为视锥细胞中存在光视蛋白，而光照会导致连接在光视蛋白上的视黄醛从11-顺式构象转化成11-反式构象，从而产生了神经脉冲。这三种视锥细胞产生的神经脉冲一同沿着视神经被传递给大脑，之后在大脑中生成相应的颜色。而正是由于我们具有三种视锥细胞，我们所能识别的颜色大约有100万种。比如红色的光会主要使得L视锥细胞产生神经脉冲，其次使得M视锥细胞产生少许神经脉冲，而对于S视锥细胞几乎没有作用，最终叠加出来的颜色就是红色。而蓝色的光会主要使得S视锥细胞产生神经脉冲，而对于另外两种的影响较小，最终叠加出来的颜色就是蓝色。此外，对于单一波长的青色光，和用绿光和蓝光混合而成的青色光，虽然这两种光的实际频率很不一样，但是对于三种视锥细胞能产生相同的响应，那么我们看起来就是一样的而无法区分。
此外，也有不少的动物能看到比我们看到的更加多彩的世界，因为它们拥有更多的"检测器"。比如许多鸟类，相比于人类的三种视锥细胞之外，还多了一种可以看到紫外线的视锥细胞。因此，鸟类可以看到一些人类所不能看到的紫外线——所能识别的颜色是人类的100倍！除此之外，在前文中我们提到了单一波长的青色，与绿色蓝色混合而成的青色，对于人类是无法区分的。但是鸟类由于额外多了一种视锥细胞，此时它们就是可以进行区分的了。而在视觉界的王者，非属皮皮虾不可了——它一共有多达16种视锥细胞，那么它眼中的世界该是怎样的多彩呢？
总结：
这个世界远比你所看到的要更加多彩，对于它的完全描述需要用到 hyperspectral imaging。但是对于人眼来说，所能看到五彩缤纷的世界，仅仅是这个世界的很小的一部分而已。
至于人眼为何能看到颜色，这是因为眼睛的视网膜上有三种不同的视锥细胞。正是由于它们对于不同颜色的光具有不同程度的响应，我们才能识别100万种不同的颜色。
问：什么东西把我们生存的世界变的五彩缤纷？
答：是我们的眼睛和大脑。眼睛接受一定频率范围的电磁波转换成电信号，大脑把这些电信号渲染成五彩缤纷的世界。
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