§1 光觉；色觉和亮度觉；色彩的分解与混合
视觉具有两种性质，即色彩和亮度。亮度这一术语包含着黑、白以及所有其他各种灰色调。可以区分的色彩的数量非常之巨大，没有人知道它究竟有多少。但是，我们可以直接知觉到的一个事实是，大自然中丰富多样的色彩并非完全是性质各异的：在这种色彩和那种色彩之间存在着许多中间的色彩。如果我们尝试在五花八门的色彩领域中作出划分，以便于分离出那些明显的、清晰的不同于其他色彩的颜色，我们可以把这些“纯”的色彩系列减少到非常小的数目。可以说，红色、黄色、绿色、蓝色，加上白色和黑色，证明是我们可以从自然无数不同的表现中分离出来的简单的、根本的性质。所有其他可以分辨的色彩都是一种中间状态。这些中间状态可以从给予它们的名字上表现出来，如紫红色、橘黄色、黄绿色、紫蓝色等等。但是，这六种简单的性质不是同等的，它们显示出不同程度的差异和类似。我们倾向于认为绿色比黄色更接近蓝色，认为红色和黄色是联系非常紧密的色彩，即便是蓝绿色和橘黄色并不存在于那里，给我们的比较提供暗示。有人或许认为这种色彩关系的观念是来自对彩虹中色彩序列的知识，但是，即使那些从没有以任何程度的注意观察过彩虹的儿童，当要求他们根据类似性安排红色、黄色、蓝色、绿色四种性质时，它们通常把蓝色和绿色联系在一起，而把红色和黄色联系在一起。
从某些色调中获得的主观关系提示我们作了这样一个假设，简单色彩的数目是有限的，从这些简单的色彩中，我们可以设想光的所有其他性质都是复合的。这一假设更进一步地为我们熟悉的颜料混合的结果所证实。画家很久以前就知道通过混合黄色和蓝色，可以得到绿色；通过混合蓝色和红色，可以得到紫色。由此得到的明显结论是，以这种方式，通过与其他颜色的混合而得到每一种色彩，其本身就是一个合成的，而不是简单的感觉性质。你们知道，在客观的光和主观的光觉之间并没有一个明确的界限，如果外界的光是合成的，对应于它的光觉也必定是合成的。即使在今天，画家也习惯于把红色、蓝色、黄色，加上黑色和白色看做是简单的性质，认为通过这些颜色的混合可以得到其他一切色彩。
色彩的科学更进一步。色彩不仅在色调上不同，在亮度上也存在着差异。红色看起来要比黄色暗一些，如此等等。因此，把所有的色彩安排成一个系列是可能的。在这个系列中，终端的成员由亮度上的两个极点，即黑色和白色构成。例如，亚里士多德曾经讲授过，黑和白是光的两个基本性质，每一种色彩都是通过这两个基本性质在不同程度上的混合而获得的。
从直接知觉的观点来看，这一假设的简洁性和普适性是非常诱人的。一旦我们使自己相信，大自然中大多数色彩导源于很小数量的简单性质的混合，而且这些性质本身是相互联系的，那么，直到把所有的现象都还原为两个对立的极端，我们才会心安理得。而这两个对立的极端只不过是黑和白。所有真实的色彩都处在亮度上两个对立极端之间的某个地方。如果它们的亮度增加，它们接近白色；如果亮度减少，则由白色后退。如果所有的色彩都是从对立的两极获得的，那么这对立的两极必定是白色和黑色。
色彩起源的亚里士多德理论一直流行到现代。哥德曾为这种观点进行辩护，他的许多崇拜者成为热情的拥护者。但是，在最近这200年里，由于牛顿的发现而导致这一理论为科学所抛弃。牛顿思考道：如果真的存在简单种类的光和简单的色彩，并且能以各种方式进行混合，那么，我们必定可以分离和重组任一特定复合色彩的简单成分。这意味着，整个问题可以由实验来裁判，实验就可以对这一问题作出确定的回答。因为知觉往往是具有欺骗性的。化学家能看到一个物体的构成元素吗？当然不能。我们知道，极为不同的化学成分构成的物体却看起来非常相似。同样的道理也适用于光吗？难道类似类型的光产生不同的混合，不同类型的光产生类似的混合？因此，牛顿开始寻找一种分析复合的光的方式，并通过一个幸运的巧合，发现了他所想要的东西——通过棱镜的光折射。
如果我们让一束光线从a通过一个玻璃或其他透明物质构成的棱镜（图8），其过程就不会像没有棱镜那样是一条直线，而是转向一边，即我们所说的折射。棱镜后面的眼睛o接收到的光线仿佛不是来自a，而是来自b或其周围之处。光源从a转换到b。而且，光线看起来来自方向bd的那一点并非总是保持不变。它随着光的性质而变化。例如，如果a是蓝颜色的光，光线看起来仿佛来自b；如果是红颜色的光，则发出的射线似乎沿着rc方向，且位置高于b，更靠近a。因此，在类似的实验条件下，对于通过同一个棱镜折射的光来说，不同种类的光折射的程度是不一样的。红光折射的程度比蓝光少，所以r比b更接近a。在对不同的色彩进行相互比较时，我们发现它们可根据折射性而归入一个确定的系列。红色的折射性最少，紫色的折射性最多；这一系列的排列是：红色、黄色、绿色、蓝色、紫色。插入到两个相邻色彩之间的色调具有中等程度的折射性。橘黄色的折射度位于红色和黄色之间；绿黄色位于黄色和绿色之间；紫蓝色位于蓝色和紫色之间。
图8
那么，对于白色来说怎么样呢？当然，白色是漫射最广泛的光性质，它属于阳光性质。如果其特征没有受到一个物体特殊色彩的影响，它正是我们通常看到的光。通过棱镜的白光以这样一种方式受到影响：当白光通过棱镜射过来以后，接收这一光线的眼睛发现光线不再是白色，而是分成各种各样的色彩。因此，如果a是白色的光发出的地点，从这一点发出的光并非像单色的光那样折射，其光源由a转到r或b，而是看起来似乎发出一系列光源，这些光源以垂直线排列着，每一种显示出不同的色彩。紫色处在底部，然后依次是蓝色、绿色、黄色、红色。因此，白色的阳光并非简单构成的，而是可以分析成大量的更为简单的光性质。另一方面，这些光性质是不可以再进一步分解的。无论我们多么经常地使纯红色或纯黄色从棱镜通过，光线的性质都保持不变。你们注意到，通过白色阳光折射而得到的色彩系列，无论是通过实验得到的，还是在自然条件下获得的——例如，彩虹就是通过悬浮在大气中的水粒子的折射而形成的——实际上包含着在大自然中产生的所有颜色。通过以正确的比例混合其色调，我们可以造就我们希望的所有颜色。这一点不证自明，因为地球上接收到的所有光线均来自太阳。因此，无论一个自然物体反射光线还是吸收光线，如果其原因没有包含在阳光的构成中，它就不会产生任何结果。随着白色光线强度的减弱，我们渐渐地接近黑暗或黑色。那就是说，黑色并不是一种颜色，而是白色光线亮度的最小程度。
然而，通过这种对光线的精确分析而得到的事实同颜色混合的结果是难以协调一致的，而颜色混合也是通过观察的方式取得的。你们看到，通过白色光线的分析而得到的光谱至少有五种色彩，而且如果我们把中间色度包含在内的话，那就更多。但是画家很久以前就注意到，可以通过三种简单色调造就所有可能的颜色。当然，通过颜料混合的色彩并不像光谱色彩那样饱和，但是它们仍然具有像大自然中产生的大多数色彩那样的饱和度。这三种色彩是红色、黄色和蓝色，它们被称之为基色（fundamental colours）。这三种色彩可以相互混合，从而产生任何其他的色彩变化。但是，我们最好采用红色、绿色和紫色（图9），而且最好不要采用混合颜料的方法，而是采用阳光通过棱镜而分出的各种色彩，对其直接进行混合，或者让色彩印象紧密相随，以便于造成色彩感觉的融合。把要被混合的颜色涂抹在一个圆盘的各部分上，并使圆盘快速旋转，或像计时器那样旋转。这会给我们完美一致的印象。红色、绿色和紫色以恰当的程度混合产生白色。每一种可区分的色调都对应于三种基色相互之间和与白色之间某种特殊的混合。处在光谱系列中适当的距离的两种色彩的混合也可以产生白色。这样一对放在一起而产生白色的色彩我们称其为互补色。例如，绿蓝色同红色是互补的；蓝色同橘黄色是互补的；紫蓝色同黄色是互补的。绿色是仅有的一种纯光谱色彩，它没有互补的对象。为了形成白色，绿色必须与紫红色，即红色和紫色的混合物相混合。那样就等同于把三种基色相混合了。
图9
怎样解决光的分解与综合之间的矛盾呢？一般来说，牛顿本人提出的学说并没有受到挑战。牛顿指出：在白色的光线中，存在着结合在一起的红色、黄色、绿色、蓝色、紫色光线的粒子，是棱镜把它们分成单独的射线。但是，当我们把不同类型的光线聚合到一起时，其中的三种，即红、黄、蓝，已经足以产生所有的色彩现象。你们看到，光的分解同光的综合已经产生了冲突。而物理科学还没有发展到将其合而为一的程度。
当人们发现牛顿有关光的理论并不正确的时候，解决光的分解与光的综合之间矛盾的努力就迈开了第一步。牛顿认为，光的粒子本身是有颜色的，光是太阳连续放射出的一种物质，其中包含着极为不同色彩的大量粒子。这种观点曾经招致许多异议。但是，法国物理学家弗雷斯内尔（Fresnel）第一次以实验反驳了牛顿的这一学说。弗雷斯内尔证明，当光相遇时，并不必然导致强度的增加。如果光是一种物质，则必然是这种情况。但是事实上，强度的减弱像强度的增强一样是一种普通的现象。有关光线的“干扰”现象的观察无可辩驳地证明，光并不是一种物质，而是一种运动。两个交叉运动或者导致强度的增强，或者导致强度的减弱，除此之外没有其他的可能。如果两个球体以相同的力量向相反的方向运动，当它们相遇时，其运动被抵消；如果它们沿着同一方向运行，其运动则加快。如果两个水波相遇，当波峰与波峰相遇时，水波增强；当波峰与波谷相遇时，水波减弱或消失。干扰现象表明，当光线相遇时，也存在着波峰和波谷现象。在相遇的一个点上，光强度将会增加，而在另一点上，光强度会减弱。换句话说，我们必须把光线看做是一种运动，这种运动类似于水中波浪的运动。如果你丢一块石头到水中，就会形成水波。水波向着各个方向延伸。石头的冲击造成了一个振动，这种振动从液体的一个粒子传到另一个粒子。光也由这类振动组成，只是负载这类振动的物质在浓度上比水不知道要稀薄多少。光是物质的一种形式，除了充满物体之间的空间之外，它渗透到所有的物体中，无论这种物体是固态、液态还是气态。这种“发亮的以太”（1uminous ether）的粒子存在于太阳大气层的振动之中，其运动从一个粒子传向另一个粒子，速度是每秒42100英里。我们的眼睛感觉为光的印象的东西并不是从遥远空间深度渗透而来的一种物质，而是一种运动，这种运动若要造成我们感官的兴奋，就必须连续不断地通过隔开光源的广阔空间距离。引发各种各样的光和色彩感觉的是同一种物质形式。因此，感觉上的差异仅仅意味着这个“发亮的以太”运动上的差异。干扰效应的精确测量已经使得物理学家可以测定这种差异在不同情况下的表现。研究发现，色彩差异依赖于发亮以太粒子的振荡速度上的差异。在红光中，振荡的数值大约在每秒400兆—500兆；在紫光中，这个数值接近800兆。其他所有的色彩位于这两个极点之间。橘黄有500兆，绿色600兆，蓝色650兆，紫蓝色700兆。因此，光谱色彩构成了一个连续的序列，在这个连续的序列内，振动速度从低到高增长近400兆。值得注意的是，阳光除了包含着这些色彩光线外，也包含其他振动，但是这些振动是不可见的，不能被感觉为光线。有一些射线不如红光折射强，也有一些射线比紫光的折射性更强。这就是说，存在着这样一些振动速率，其强度或者大于或者小于眼睛能感受为光或色彩的限度。那些超越了红色一端的不可见射线表现自己为热；那些超越了紫色一端的表现为某种形式的化学活动。
你们看到，相比较来说，仅仅是以太振动中的一个狭窄的部分具有激发视网膜感觉的能力。各种各样的颜色色调都包含在这个狭小的限度内，而且振动速率上微小的变化足以导致颜色感觉的可辨差异。
这些有关光的物理性质的简短评论足以告诉你们光和色彩并没有客观的实在性，也就是说，光和色彩并非作为外于我们或作为我们周围的东西而存在，我们辨别为光的所有性质，以及各种各样单独的色彩，都位于我们的内部，起源于我们的光和色彩的感觉。我们称之为光和色彩的那些东西仅仅是我们自己的光和色彩感觉。在我们的外部，并没有感觉的系统，仅有以太的振动。证明光和色彩都是一种主观现象标志着心理学和物理学知识的一个重要进步。现在我们知道了，光和色彩现象的一个完整的解释不能仅仅建筑在光的物理考察上，还必须考虑那些我们感受它的条件，而且，我们感受到的并非以太振动，而是我们的眼睛和大脑对那种振动的特殊反应。那些速度太快或太慢，以至于眼睛无法知觉到的运动仅仅因为其速度的原因而被排除出视觉刺激的序列。但是从客观上讲，它们可能是光，就像其他任何运动那样。
因此，如果我们尝试对光和色彩现象进行解释，甚至一个纯粹的物理学研究也将使我们涉及“观察的主体”（seeing subject）。现在，你们记得我们曾经碰到的一个矛盾。通过棱镜的光的分解告诉我们一回事，各种光性质的重组告诉我们另一回事。从阳光中，我们至少可以分离出五种简单的色彩，这还不曾把中间色彩计算在内。但是，通过以适当的比例，仅仅混合三种色彩，即我们选择的红、绿、紫，我们可以造就在大自然中发生的每一种色彩。怎样解决这一矛盾呢？
从上面所说的可以明显地看出，白色和其他所有可能的色彩可以通过三种基色的混合而获得这样一个事实并不意味着客观的光也是这三种基色复合而成。像许多生理学家仍旧使我们相信的那样，这也不意味着我们所有的主观上的光觉是从对应于三种基色的基本感觉衍生出来的。有关色彩混合的实验结果所证实的是：这三种客观上讲简单的振动模式，当以不同程度混合时，足以在视觉器官里建立起由太阳光谱的色彩和它们的混合物所激发的刺激作用过程。
如果客观的光可以被分解成对应于三种基色的三种振动模式，而且只有这三种模式，那么，它才具有了对物理学的重要意义。但是我们已经看到，事实并非如此。在某种意义上，这三种基色在光振动的无限序列上的确占有独特的地位。红和紫处在可见振动速率系列的两端；绿位于其中间位置。但是，尽管这对于眼睛受光刺激的条件的考察具有某些重要性，但是这对于客观的光来说没有多少实际意义，因为客观的光的振动速率的范围远远超出了可见的以太射线的限度。
如果我们能从主观上，即在直接的感觉中，把我们的光觉分解成这三种构成成分，那么有关基色的理论在心理学中才具有了重要意义。的确，我们可以说橘黄色是红和黄的一种混合，紫色是蓝色和黄色的一种混合，如此等等。但是，即使在这些情况下，“界于……之间”可能比说“是……的混合”更为正确。无论如何，在我看来，橘黄色和紫色的感觉给我的印象同红色、蓝色或黄色给我的印象一样简单。下述事实也是不可辩驳的：没有人会说他在黄色中感觉到了红色和绿色，或者在白色中感觉到红色、绿色和紫色。从主观上讲，白色像其他任何色彩一样简单。关于黑色，我们都倾向于把它不仅看做是白色强度上的最小程度，同时也把它看做是白色性质上的对立物。
现在，只还有一种可能存在。如果三种基色的存在既不能得到物理学的解释，也不能得到心理学的解释，那么它必定完全依赖生理状态。如果我们接受这样一种原理，即对于我们主观感觉上的每一种差异来说，都有感觉器官内的生理刺激作用过程上的差异与之对应，那么我们就必须假定，光谱系列的红、绿、紫三个部分的三种客观的光质，当以适当比例混合时，可以建立起像主观上可辨的感觉那么多的生理兴奋过程。这种主观的刺激作用过程究竟有多少，我们是无法直接测定的，但是，这种判断只能来自可区别的感觉的数量，而不是来自引起感觉的客观刺激的数量。