补色
选自《中学教学实用全书物理卷》
如果两种色光（可以是单色光，也可以是复色光）以适当比例相加，能使人得到白色的感觉，这两种色光就称为补色，或互补色．例如波长为6563 的红光与波长为4921 的靛光就是补色．三原色中的任一种光，与其余两种光的混合色光互为补色，如红光与绿＋蓝互为补色，而绿＋蓝即为靛色．又如蓝光与红＋绿，即蓝光与黄光互为补色等．从图可以看出，黄、靛、紫色按“加色法”来分析，分别是红＋绿，绿＋蓝，蓝＋红的混合色，我们也可以用“减色”法来分析，认为它们分别是从白光中减去蓝光，或红光，或绿光后得到的颜色．
??? 减色法与加色法并没有本质的不同．但由于颜料之所以有不同的颜色，主要是因为它们有独特的选择吸收某种色光的特性，因此在印刷与绘画中通常都采用“减色法”来进行分析，这时人们常把黄（吸收去蓝色）、靛（吸收去红色）、紫（吸收去绿色）作为基本色素，画像或印刷工作者使用这三种颜色的颜料，就可以调配成各种颜色．
??? 有的书籍把红、绿、蓝称为三基色，而把靛、紫、黄称为三原色．也有的则不加区别，都称为三原色，要注意这两组颜色的关系是：三原色和它们的互补色．
三原色
如果我们把从白光得到的光谱分成大致相等的三段，那么频率较小的一段中各种色光混合的结果是红色，频率较大的一段混合成蓝色，中间一段混合成绿色．把这三种颜色的光混合起来，也能得到白光．若把这三种颜色的光或其中两种光按不同的比例混合起来，还能得到很多种不同的色光．因此，通常把红、绿、蓝三种颜色叫做三原色．三原色和三原色混合得到的几种基本颜色如图所示．如用较大比例的红色和较小比例的绿色混合就得到橙色．上面的方法称为“加色法”，即两种或三原色按一定的比例相加，就得到另外一种颜色．彩色电视机就是利用这个原理：彩色显像管的荧光屏上，有许多可以发光的小单元，每个小单元由三个距离很近的小点子组成，它们分别可以发出红光、绿光和蓝光，显像管后部有三个电子枪，分别射出三束细电子束，使三个小点分别发光，由于电子束的强弱不同，使得三种原色发光强弱不同，人们在远处看来，就混合成一个色光点，三个电子枪保持同步扫描，就能显现出彩色画面了．
物体的颜色
人的眼睛只能感觉到电磁波谱中很窄的一段（真空中波长为7700 到3900 的一段），这一部分称为可见光，而可见光中不同的频率成分又能引起不同的颜色感觉．因此物体的颜色是由射入到人眼睛中的光波的频率决定的．自然界的物体是多层次的，有丰富的色彩，而产生各种颜色的原因却是个很复杂的问题，下面只是从两个方面粗略地加以说明．
?? （1）发光物体的颜色．发光物体即光源，光源可分为两大类，一类是热辐射光源，它发射的光谱都是连续光谱，而光谱中各成分的权重分布，与发光体的温度有关．温度越高，光谱中的高频率部分（包括可见光中的蓝、紫色光以及紫外线）越多，温度越低，则光谱中的低频率部分（可见光中的红、橙色光及红外线）越多，因此热辐射光源的温度与颜色有对应关系．恒星发光就是热辐射，天文学上按照颜色把恒星分为青、白、黄、红四个等级，太阳底子“黄”，属于温度较低的第三等级．炼钢炉里铁水的温度，以前就是老工人根据经验靠眼睛观察颜色来判断的，现在可以采用光电比色仪等精密仪器，但原理仍然相同．另一类光源是非热辐射光源，例如荧光、磷光、激光等．这类光源辐射的电磁波的频率成分，与物质内分子、原子、电子的跃迁及振动等运动都有关，而决定颜色的主要是电子的能级跃迁，因为电子在能级跃迁过程中辐射的光子能量，通常落入和可见光相对应的区域内．
?? （2）不发光物体的颜色，它与物体本身的性质有关，也与入射光的频率成分有关．同一个物体在不同的光源的照射下可以呈现不同的颜色，这是由于不同的光源发射的光波频率成分不同而造成的．复色光（白光）照射，物体可以呈现多种色彩，而使用单色光照明，物体则只能呈现这一种颜色或黑色．下面我们具体分析一下白光照射物体的情况．
??? 白光照射到物体上，会出现三种不同的颜色，即表面色，内体色和干涉色．表面色是指物体表面层对光的直接反射而形成的颜色，一般说来，这些反射光遵守反射定律，与物质本身没有其他作用，因此表面色一般为白色，但也有些物体表面（特别是一些颜料）在直接反射过程中有强烈的选择吸收作用，因而表面色为某种特定的颜色．内体色是指光波进入物质表面以内一定深度，再反射回来或透射过去而形成的颜色，这些光在物质内与物质本身发生作用，“由于物质对光波的选择吸收作用，使物体呈现一定颜色．干涉色则是由于表面层（有时是附着层或镀膜）的干涉、衍射作用而使某种色光得到加强，某种色光减弱而形成的颜色．
太阳光谱的探索
阳光经过三棱镜会展开成一条彩色的光谱，那么，除了太阳光，其他光，如蜡烛光、固体发光和气体发光，经过三棱镜又会出现什么呢？1752年苏格兰人梅耳维尔开始对这个课题进行了开拓性的研究。当时他年仅26岁，是格拉斯哥神学院的学生。他是这样介绍自己的实验的：“在我的眼和酒精火焰之间放置一块开有一个圆孔的胶纸板，以便缩小和限定我的目标。然后，我用一块棱镜来检查这些不同光的构成……。”
他发现炽热的固体和液体都会发射出所有波长的光，在光屏上得到一条虹霓色彩的连续光谱。然而，炽热的气体产生的光谱并不是一条由紫逐渐变到红的连续谱带。而是由一些分开的斑点构成，每一斑点有它所在位置的那一部分光谱的颜色，而且各斑之间有暗的间色。后来，当人们普遍地利用狭缝来让光通过时，就看到了气体的发射光谱是一组明线。事实上，这些明线是狭缝的彩色像。这样的光谱存在，表明来自气体的光只是几种确定颜色的光，或几种狭窄波长范围的光的混合。
梅耳维尔还注意到，把不同的物质放进火焰时，明斑的颜色和位置是不同的。他说：“当硇砂、明矾或钾碱放进酒精火焰中，发射出了各种光线，但不是相同的数量，黄光比同时产生的其他一切光要明亮得多……，大大地超过其他颜色的明亮的黄光必定是一种具有确定的可折射度的光，并且从它到邻近的较弱的颜色的光的过渡不是逐渐的，而是直接的。”从这些话中不难看出他已经敏锐地注意到了那条“明亮的黄光”，并把它和“确定的可折射度的光”联系在一起了。在这个基础上他只要向前跨一步，就可能摸到了光谱分析的“大门口”。然而他的研究生涯只有1年，27岁的梅耳维尔就过早地离开了人世，真是一件令人遗撼的事。除了梅耳维尔，在那个时代里几乎无人再去注意那些隐匿在光谱中的明线，他们只是会观察火焰的颜色来判别物质的成分。当时有位德国化学家马格拉夫就很精于此道。他认为两种物质在燃烧的时候会发出同样颜色的光，是因为它们具有相同的成分。例如苏打和岩盐在燃烧时都会发出黄光，因为它们有一种相同的成分——钠；而锅灰碱和硝石在燃烧时都发出紫光，因为它们具有一种称为“钾”的相同的成分。
1802年伦敦有位医生叫沃拉斯顿，他用三棱镜观察太阳光谱的时候，发现了一个被牛顿忽略的事实：在从紫到红的太阳的连续光谱中出现了7条清晰的暗线，它们不规则地间隔分开着。他很兴奋，立即拿了棱镜去问一位好朋友，物理学家索默维尔报告自己的新发现，同时还想听听他的建议。一进门他就迫不及待地说：“这几天我认真观察了太阳的光谱，”“难道你发现太阳的脸色不正常了吗？”索默维尔一语双关地回答。“你猜对了。我的确发现太阳光谱中的7条黑线。”说着他取出随身携带的玻璃棱镜向索默维尔演示这个事实。可是索默维尔根本没仔细去看，因为他不相信一个才玩了几天棱镜的医生就会有什么新发现。他立即用物理术语提出了一连串质疑，把沃拉斯顿弄得很尴尬，最后沃拉斯顿只得自己收场说，也许是玻璃上有缺陷，所以在光谱中留下了黑线。就这样，索默维尔的自以为是，把一个送上门来的重大发现给断送了。
12年后，德国光学家夫琅和费在太阳光谱中又发现了这些黑线，并认真地研究它们。与沃尔斯顿不同，夫琅和费是光学方面的行家，他从小就和玻璃打交道，11岁时跟了一位光学技师做学徒。他对光学仪器的制作和原理有浓厚的兴趣。有一次他所居住的房屋突然倒塌，里面的人都被压死了，只有他幸存了下来。有位先生很同情这个受了伤的孩子，送了他18元金币，好学的夫琅和费用这些钱全部买了光学仪器和书籍，所以他在磨制玻璃镜和光学理论计算两方面他都有很深的造诣。他参与生产了没有脉纹的火石玻璃和大块的冕牌玻璃，还创立了计算各种透镜曲率半径的方法。1814年，夫琅和费想寻找一种单色光源来检验放大镜的质量。可是，什么样的火焰才能提供只有一种光线的光呢？为了这个目的，夫琅和费用把所有可以燃烧的东西拿来烧，却终不见有甚么单色火焰。然而失之东隅，收之桑榆。他却对观察和比较各种火焰的光谱产生了极大的兴趣。后来他创造了一种新颖的，比三棱镜的分辨力高得多的把光束色散成光谱的仪器——光栅。读者也许记得杨氏的双缝干涉实验，两条狭缝可以把不同波长的光分散到不同的角度。光栅利用同样的道理，在铜框内平行地安装了许多0.04到0.6毫米粗的银线（夫琅和费制的光栅，每厘米有136条银线），银线之间有0.0528～0.6866毫米的狭缝，一个光栅可以有上万条狭缝，所以它能够把不同波长的波分得更开。后来夫琅和费采用了划线的方法：即在平整的玻璃板上敷盖一块金箔，然后在金箔上划出等间隔的平行线，揭掉金箔，便得到了衍射光栅。由于光栅的分辨率主要取决于单位长度范围内的刻线的多少，因此不久后在许多国家里都有人精心制作高精度的光栅。美国的光学家罗兰可以在1英寸的光栅上刻出43000根线，在当时的手工条件下，堪称奇迹了。
密纹唱片每厘米上有120条凹槽，可以看成是一种光栅。站在窗前，把唱片水平举到稍低于眼睛的位置，以双手联线为轴，慢慢地转动唱片，待唱片在某一角度时，你会看到一大片彩虹，这是唱片光栅衍射太阳光，把太阳光色散成光谱。
回过头来再说夫琅和费有了自己感兴趣的研究课题，便一头钻进了实验室，把各种物质放在酒精灯的火焰上燃烧，再用窥管来观察它们经过三棱镜（后来用光栅）色散的光谱。他看到在彩色的光谱带中有两条明亮的黄线。他想这两条黄线也许与酒精有关，于是他又改用油灯、蜡烛来做试验，明亮的黄线却依旧如故。看来对任何一种火焰来说明亮的黄线是少不了喽，夫琅和费这样想，但心中也没有什么把握。
一天，他做实验觉得疲倦，便打开了百叶窗帘，顿时灿烂的阳光照得满屋生辉。夫琅和费精神为之振奋，他突发奇想，要看看太阳的光谱。他调节好仪器，让一束光进入摄谱仪。这一看，使他惊诧不已。原来的灯光中的明亮的黄线消失了，取而代之的却是两条黑线。真奇怪，难道普照万物的太阳发光还不如灯光？这是否说明它在整个发光光谱区域内留有空缺呢？且不管它什么原因，先仔细瞧个明白再说。这样仔细观察了一番，又发现了新的秘密。原来，太阳光谱中远不只有两条黑线，仔细计数的话有324条（实际上还要更多）。当然，其中最为明显的只有8条。为了研究方便，夫琅和费用A、B、C、D、E、F、G、H这八个字母表示这八大条黑线（事实上有些大黑线是二、三条黑线重叠而成的，如果用分辨力大的光栅可以把它们进一步分开。）
将太阳光谱和灯光谱对照，夫琅和费发现其中有个巧合，太阳光谱中用字母D表示的两根黑线的位置与灯光中的两条明亮的黄线重合，也就是说太阳光谱缺少的D线却在灯光中找到了，他还用光栅找出了D线的波长是从0.0005882到0.0005897毫米。这一切意味着什么？夫琅和费百思不得其解，而且老天也不允许他去仔细琢磨其中的奥秘，因为他还没有活到40岁，就被肺结核病夺去了生命。于是这就成了科学史上的一个谜。在夫琅和费发表这个事实之后的40年里，也没有人对这些线给出完满的解释。人们把这八条线组成的神秘图谱称做“夫琅和费线”。
色彩技术基础及理论--补色及应用 当两个色光混合成白色色光时，则将这两个色光的主波长定义为互补波长，但在不同光源下互补色的主波长是会有所不同的；在色度图上，任何通过光源的直线，其对光谱轨迹所截的任两点波长即为相对应的互补波长，而这一对互补波长的光称为互补色。在自然界中每一种颜色都有其主波长，都可以找到与之相应的互补波长和互补色。但是其中在色度图上属于绿色光谱波长（493-567nm）的色光，却无法找到与之相对应的互补波长，这是因为此一范围波长的色光互补色是洋红色系的颜色，而洋红色系的颜色在光谱色度图中并不存在这些颜色的单色光，它们是红光和蓝光的混合色光，所以在色度图上并无法找到绿色光谱波长（493-567nm）色光的互补色波长，对于这些洋红色的颜色称之为谱外色。 在观察颜色的时候，补色会随时随地的跟着主色的出现而产生，这与视网膜上的感光细胞受到光刺激后的疲劳程度或是错觉有关。当人们注视色彩的时候，视觉范围内的各种颜色的色光便刺激视网膜上的锥状感光细胞，而产生所看到的色彩；但是视网膜上的锥状感光细胞一直受到同一色光刺激后，便会有刺激疲劳现象产生，形成互补色。另外我们都知道环境色是影响物体色的因素之一，而环境色对物体颜色，最主要的影响是环境色和物体色的对比现象，引起物体色的变化。例如：将洋红色与绿色并列，会显示出洋红色的更红、绿色的更绿，这是因为在洋红色与绿沟彼此交接的边缘分别引发其互补色绿色和洋红色，所以加强了各别色彩的颜色，产生洋红色更红、绿色更绿的现象。由于颜色对比使得每一个颜色在自己的周围产生与自身颜色色相相反的对立色，此一对立色实际上并不存在，这种现象的产生是视觉上的错觉造成的补色。就像黑色和白色单独存在时，并不会显得白的很白、黑的很黑，但是如果将两者放在一起，就会有白的很白、黑白很黑的现象，这就是对比作用引起的错觉。 补色理论在色彩的应用上，其互补色混合有两种情形：一种为加色法，其互补色混合结果为白色；另一种为减色法，其互补色混合结果为近似的黑色。前者为色光混合，后者为色料混合；另外对于彩色印刷复制而言，补色理论亦扮演着相当重要的角色，印刷上的彩色复制可说是一种颜色的“分解”与“合成”的过程，任何一张彩色影像，不论其色彩如何繁杂，层次多么丰富，从色彩科学的观点上来看，其影像上每一个点的颜色都是可以用三原色光以一定比例的成分色光来加以组合。所以颜色的“分解”说是利用照相分色、电子分色技术，把影像上各点的颜色以三原色光滤色镜，将颜色加以分解开来，并经过色光RGB及色料CMY转换后，形成各自独立的单色影像；而颜色的“合成”则是将分解所得到的各自独立单色影像制成印刷用版，再通过印刷的方式将原稿上的影像色彩加以重现。在整个彩色复制过程中，无论是照相分色，还是电子分色都须要应用补色理论，所以补色理论在印刷彩色复制技术的应用上，可说是一项相当重要的理论。
