彩虹大家熟悉，而且很熟悉！青橙黃綠藍靛紫背的那是滾瓜爛熟，但是我們今天要問的是彩虹中有多少種顏色？你可能覺得這個問題難不倒你，充滿了幼稚的味道！我可以說它有10^4、10^6甚至是10^32種顏色！為什麼會這樣呢？我們今天就來討論下彩虹中到底有多少種顏色？

我們平時看到的白色光是由多種顏色的光混合而成的。這一點在400多年前就已為人所知，當時由艾薩克•牛頓(Isaac Newton)首次為我們證明，白光通過三稜鏡就能分解成七種顏色的光。

這個現象在我們生活中很常見，我們兒時老師就已經告訴我們彩虹是怎樣形成的，還有現在城市裡的灑水車屁股後面經常掛一道彩虹，也形成了一道美麗的風景線。

上圖我們可以看到宇宙中光的波長範圍從幾十米長的無線電波到高能、高頻的波長只有一個質子那麼小的γ射線，但我們人類肉眼可見光的範圍波長只有400nm到700nm這個很窄的範圍。

雖然我們可見光的波長很窄，但太陽光在被大氣層吸收後仍有大部分光線都集中在這個波長範圍。

所以問題來了，太陽光中有多少種顏色呢？也就是彩虹到底有多少種顏色?

首先這樣問有點不準確，讓我們用更專業的術語來重申一下這個問題:在人類肉眼可見的頻率範圍內（波長400nm到700nm），一個光子可以有多少種不同的頻率?我們首先要了解不同的頻率會反映出不同的顏色。

中性原子只能吸收和輻射特定頻率的光子

如果光是一個連續的經典波，像水波一樣，那麼它就可以在一定範圍內有無數的波長。但是光本質上是量子現象，如果來自光源的光子能量是有限且不連續的，那麼來自光源的頻率(以及波長)也一定是有限且不連續的。

我們知道原子吸收和輻射光子就是這樣的原則。

通過觀察單個原子特有的吸收和輻射光譜，我們知道原子只能輻射和吸收特定頻率的光，不僅如此，原子還可以以極其複雜的形式組合在一起，形成無數的分子。可以肯定的是，有許多不同類型的分子也可以吸收/發射不同波長的光，但數量很有限。

但是太陽不是由中性原子構成的。

太陽是由熾熱的等離子氣體組成的，而原子發射和吸收特定波長的光，這個規則並不適用於等離子體。相反，等離子體可以發射任意大小頻率的光子，這隻取決於等離子體的溫度。太陽的溫度在6000K以下，有些地方溫度高，有些地方溫度低。太陽以光子的形式釋放出約40%的能量，這些光子的頻率就落在我們可以觀察的光譜頻率中，大約每秒有10^45個可見光光子來自太陽。雖然光子數字不是無限的，但是如果我們能達到普朗克精度，就能分辨出兩個能量非常接近的光子之間的頻率差異。所以雖然光子數量有限，但相對來說光子的頻率差異可以說是無限的。

另一方面，就是我們的眼睛很大程度上是由中性分子組成的，它們對光線波長的反應跟原子一樣受到了限制，而10^45個光子的頻率比我們人類能辨別和接收的頻率要多得多，根本不在一個數量級上。

人類的光線接收器——眼睛

我們眼睛的光感受器分為視錐細胞和視杆細胞，視錐細胞是強光和顏色感受器，而視杆細胞為弱光感受器。雖然視杆細胞不能辨別顏色，但它們對微弱的光線很敏感，因此在極低的光照條件下它們能幫我們看清東西。一到晚上，眼睛裡的視杆細胞就向前移動，視錐細胞就自覺地往後稍一稍。

但在光線充足的環境下，視錐細胞在眼睛裡就向前移動了，每個視錐細胞對一組特定波長的可見光敏感，能夠辨別出大約100種不同的顏色。

我們人類屬於三色視覺，大多數人有三組不同類型的視錐細胞，所以一個正常視覺的人可以分辨出總共100萬種顏色。有些人生來就確實少了一種視錐細胞，造成了色盲;色盲(二色視覺)的人只能看到(100)^2 = 10000種不同的顏色。但是一些(女性偏多)人有四種不同類型的視錐細胞，使他們成為四色視覺，他們可以分辨多達(100)^4 = 1億種不同的顏色!

那麼彩虹中有多少種顏色呢

所以從光子的頻率出發，彩虹中的顏色要比宇宙中的恆星或你身體中的原子都要多，但這遠遠超出了我們所能感知的範圍。當我們看到彩虹或其他物體的時候，我們不完美的眼睛只能分辨出大約一百萬種不同的顏色。

但是，我們也應該慶幸自然界還為我們打開了一扇觀察世界的窗戶，雖然這個窗戶相對於光來說只是一條很窄很窄的縫。

所以我們所能感知到的只是可見光頻率中的一小部分，但這也是信息量十足的一小部分!狗狗就比較慘了，只有黃色和藍色的視錐細胞，而麻雀有第四種視錐細胞，可以將視野擴展到紫外線，蝴蝶有五到六種，螳螂蝦有多達16種視錐細胞!

因此，雖然我們正常人類可以分辨100萬種顏色(或我們中間的四色視覺的1億種)，這是人類肉眼所能看到的極限，但如果同樣的模式也適用的話，螳螂蝦可以分辨出彩虹中多達10^32種顏色!

至於彩虹中到底有多少種顏色？誰能說清呢！這不僅是光本身的物理本質，還是生物學的範疇，是我們的眼睛限制了我們能看到多少種顏色。