彩虹大家熟悉，而且很熟悉！青橙黄绿蓝靛紫背的那是滚瓜烂熟，但是我们今天要问的是彩虹中有多少种颜色？你可能觉得这个问题难不倒你，充满了幼稚的味道！我可以说它有10^4、10^6甚至是10^32种颜色！为什么会这样呢？我们今天就来讨论下彩虹中到底有多少种颜色？
我们平时看到的白色光是由多种颜色的光混合而成的。这一点在400多年前就已为人所知，当时由艾萨克•牛顿(Isaac Newton)首次为我们证明，白光通过三棱镜就能分解成七种颜色的光。
这个现象在我们生活中很常见，我们儿时老师就已经告诉我们彩虹是怎样形成的，还有现在城市里的洒水车屁股后面经常挂一道彩虹，也形成了一道美丽的风景线。
上图我们可以看到宇宙中光的波长范围从几十米长的无线电波到高能、高频的波长只有一个质子那么小的γ射线，但我们人类肉眼可见光的范围波长只有400nm到700nm这个很窄的范围。
虽然我们可见光的波长很窄，但太阳光在被大气层吸收后仍有大部分光线都集中在这个波长范围。
所以问题来了，太阳光中有多少种颜色呢？也就是彩虹到底有多少种颜色?
首先这样问有点不准确，让我们用更专业的术语来重申一下这个问题:在人类肉眼可见的频率范围内（波长400nm到700nm），一个光子可以有多少种不同的频率?我们首先要了解不同的频率会反映出不同的颜色。
中性原子只能吸收和辐射特定频率的光子
如果光是一个连续的经典波，像水波一样，那么它就可以在一定范围内有无数的波长。但是光本质上是量子现象，如果来自光源的光子能量是有限且不连续的，那么来自光源的频率(以及波长)也一定是有限且不连续的。
我们知道原子吸收和辐射光子就是这样的原则。
通过观察单个原子特有的吸收和辐射光谱，我们知道原子只能辐射和吸收特定频率的光，不仅如此，原子还可以以极其复杂的形式组合在一起，形成无数的分子。可以肯定的是，有许多不同类型的分子也可以吸收/发射不同波长的光，但数量很有限。
但是太阳不是由中性原子构成的。
太阳是由炽热的等离子气体组成的，而原子发射和吸收特定波长的光，这个规则并不适用于等离子体。相反，等离子体可以发射任意大小频率的光子，这只取决于等离子体的温度。太阳的温度在6000K以下，有些地方温度高，有些地方温度低。太阳以光子的形式释放出约40%的能量，这些光子的频率就落在我们可以观察的光谱频率中，大约每秒有10^45个可见光光子来自太阳。虽然光子数字不是无限的，但是如果我们能达到普朗克精度，就能分辨出两个能量非常接近的光子之间的频率差异。所以虽然光子数量有限，但相对来说光子的频率差异可以说是无限的。
另一方面，就是我们的眼睛很大程度上是由中性分子组成的，它们对光线波长的反应跟原子一样受到了限制，而10^45个光子的频率比我们人类能辨别和接收的频率要多得多，根本不在一个数量级上。
人类的光线接收器——眼睛
我们眼睛的光感受器分为视锥细胞和视杆细胞，视锥细胞是强光和颜色感受器，而视杆细胞为弱光感受器。虽然视杆细胞不能辨别颜色，但它们对微弱的光线很敏感，因此在极低的光照条件下它们能帮我们看清东西。一到晚上，眼睛里的视杆细胞就向前移动，视锥细胞就自觉地往后稍一稍。
但在光线充足的环境下，视锥细胞在眼睛里就向前移动了，每个视锥细胞对一组特定波长的可见光敏感，能够辨别出大约100种不同的颜色。
我们人类属于三色视觉，大多数人有三组不同类型的视锥细胞，所以一个正常视觉的人可以分辨出总共100万种颜色。有些人生来就确实少了一种视锥细胞，造成了色盲;色盲(二色视觉)的人只能看到(100)^2 = 10000种不同的颜色。但是一些(女性偏多)人有四种不同类型的视锥细胞，使他们成为四色视觉，他们可以分辨多达(100)^4 = 1亿种不同的颜色!
那么彩虹中有多少种颜色呢
所以从光子的频率出发，彩虹中的颜色要比宇宙中的恒星或你身体中的原子都要多，但这远远超出了我们所能感知的范围。当我们看到彩虹或其他物体的时候，我们不完美的眼睛只能分辨出大约一百万种不同的颜色。
但是，我们也应该庆幸自然界还为我们打开了一扇观察世界的窗户，虽然这个窗户相对于光来说只是一条很窄很窄的缝。
所以我们所能感知到的只是可见光频率中的一小部分，但这也是信息量十足的一小部分!狗狗就比较惨了，只有黄色和蓝色的视锥细胞，而麻雀有第四种视锥细胞，可以将视野扩展到紫外线，蝴蝶有五到六种，螳螂虾有多达16种视锥细胞!
因此，虽然我们正常人类可以分辨100万种颜色(或我们中间的四色视觉的1亿种)，这是人类肉眼所能看到的极限，但如果同样的模式也适用的话，螳螂虾可以分辨出彩虹中多达10^32种颜色!
至于彩虹中到底有多少种颜色？谁能说清呢！这不仅是光本身的物理本质，还是生物学的范畴，是我们的眼睛限制了我们能看到多少种颜色。
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