เป็นปรากฏการณ์ของการรับรู้เกี่ยวกับการมองเห็นอย่างหนึ่งของมนุษย์ เช่นการรับรู้ว่าดอกกุหลาบเป็นสีแดง ใบไม้เป็นสีเขียว เป็นต้น และจากคำนิยามว่าสีเป็นการรับรู้ ดังนั้นจึงไม่มีตัวตนอยู่เป็นสารในทางฟิสิกส์ คือไม่เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซ ีจะเกิดขึ้นได้ต้องมีองค์ประกอบอย่างน้อย 2 ประการคือ แสง และผู้สังเกต ลองนึกดูว่า ถ้าเราเดินเข้าไปในห้องที่ไม่มีแสงใดๆ เลย เราก็ไม่สามารถมองเห็นวัตถุและสีใดๆ ได้ และหากเราเดินเข้าไปในห้องที่สว่างไสวแต่ปิดตาเสีย เราก็จะไม่เห็นสีใดๆ ได้เช่นกัน การรับรู้สีเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีแสงเดินทางเข้าไปสู่ตา โดยตาของมนุษย์จะทำหน้าที่เป็นส่วนรับแสง และส่งสัญญานไปยังสมองเพื่อแปลสัญญานดังกล่าวเป็นการรับรู้สีต่าง ๆ

ภายในตาจะมีส่วนที่เรียกว่าเรตินามีหน้าที่รับแสง และเปลี่ยนแสงเป็นกระแสประสาท โดยมีเซลล์รับแสงอยู่สองประเภทคือเซลล์รับแสงรูปแท่งและเซลล์รับแสงรูปกรวย เซลล์รับแสงรูปแท่งจะทำงานเมื่อแสงน้อย ส่วนเซลล์รับแสงรูปกรวยจะทำงานเมื่อมีแสงมากและเป็นเซลล์ที่ทำให้เกิดการรับรู้สี โดยแสงเซลล์รับแสงรูปกรวยมี 3 ชนิด คือเซลล์ที่ไวต่อแสงสีแดง (เรียกว่า L ) สีเขียว (เรียกว่า M) และสีน้ำเงิน (เรียกว่า S) เมื่อได้รับแสง เซลล์รับแสงทั้งสามจะถูกกระตุ้นในอัตราส่วนที่ต่างกันขึ้นกับสีและความเข้าของแสงที่ตกกระทบ และสมองก็จะแปลสัญญาณที่แตกต่างกันนั้นเป็นสีต่างๆ อีกที


ภาพที่1 ความไวแสงของเซลล์รับแสงรูปกรวยทั้งสามชนิด

แสงและแหล่งกำเนิดแสง

แสง

เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่มีความยาวคลื่นตั้งแต่ 380-780 นาโนเมตร แต่อาจประมาณได้ว่า 400-700 นาโนเมตร


ภาพที่ 2 การกระจายของแสงสีขาวเมื่อเดินทางผ่านปริซึม

แสงสีขาว เมื่อเดินทางผ่านปริซึมจะกระจายออกเป็นแสงสีต่าง ๆ คือม่วง น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด และแดง เหตุการณ์นี้ค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ชื่อ ไอแซค นิวตัน ซึ่งเขาเรียกแสงสีต่างๆ นี้ว่าสเปกตรัม (specturm) ความแตกต่างระหว่างสีของแสงแต่ละชนิด สามารถพิจารณาจากการกระจายของพลังงาน (enery distribution) ในแต่ละความยาวคลื่น ดังภาพที่ 3


ภาพที่ 3 เป็นกราฟแสงการกระจายของพลังงานของแสงเดย์ไลท์(daylight) แสงจากหลอดไฟทังสเตน โดยเขียนแกนตั้งเป็นความเข้มแสงสัมพัทธ์และแกนนอนเป็นความยาวคลื่น

จากภาพที่ 3 จะเห็นว่าพลังงานของแสงไฟทังสเตนในช่วงความยาวคลื่นสีแดงมีค่าสูงสุด และลดลงมาในช่วงแสงสีเขียว ส่วนในช่วงแสงสีน้ำเงินมีค่าต่ำสุด ดังนั้นเมื่อแสงไฟทังสเตนนี้เดินทางเข้าสู่ตาจึงทำให้เราเห็นว่าแสงไปเป็นสีส้มๆ สำหรับไฟเดย์ไลท์ซึ่งจะมีการกระจายพลังงานในแต่ละความยาวคลื่นไม่แตกต่างกันมากนัก เราจึงเห็นเป็นแสงสีขาว

แหล่งกำเนิดแสง

ดวงอาทิตย์ถือเป็นแหล่งกำเนิดแสงตามธรรมชาติที่มนุษย์เราคุ้นเคยกันมากที่สุด แหล่งกำเนิดแสงอีกประเภทหนึ่งซึ่งไม่ได้เกิดตามธรรมชาติ แต่เกิดจากการกระทำหรือการประดิษฐ์คิดค้นของมนุษย์ขึ้นมา เช่น แสงจากเทียนไข แสงจากหลอดไฟฟ้า แสงเหล่านี้จัดเป็นแสงจากแหล่งกำเนิดแสงประดิษฐ์
สีของแสงที่เกิดจากแหล่งกำเนิดแสงตามธรรมชาติโดยเฉพาะอย่างยิ่งแสงอาทิตย์ จะมีการเปลี่ยนแปลงอยู่เสมอตามตำแหน่งของดวงอาทิตย์บนท้องฟ้า เช่นแสงของดวงอาทิตย์ในเวลาเที่ยงวันจะมีความเข้มแสง มากและเป็นสีขาว ในขณะที่แสงของดวงอาทิตย์ในเวลาเย็นจะมีความเข้มแสงน้อยและเป็น สีเหลืองหรือส้ม และในสภาพอากาศที่มีความแตกต่างกันแสงจากดวงอาทิตย์ก็มีความแตกต่างกัน โดยจะเห็นได้จากแสงสว่างในที่ร่มเวลาที่ท้องฟ้ามีเมฆกับแสงแดดที่ส่องตรงจากดวงอาทิตย์จะมีสี และความเข้มแสงที่แตกต่างกัน
จากปัญหาของการเปลี่่ยนแปลงความเข้มและสีของแสงจากดวงอาทิตย์อยู่เสมอ ดังนั้นจึงไม่เหมาะสม สำหรับเป็นแหล่งกำเนิดแสงในการเปรียบเทียบสี การใช้แสงจากหลอดไฟฟ้าจะความเหมาะสม กว่าเนื่องจากให้แสงที่มีความสม่ำเสมอ อย่างไรก็ดี แสงจากหลอดไฟฟ้าก็มีให้เลือกใช้มากมายหลายชนิดเช่นหลอดไฟทังสเตน หลอดฟลูออเรสเซนต์ เป็นต้น การเลือกใช้หลอดไฟฟ้าแบบใดเป็นหลอดมาตรฐานสำหรับการเปรียบเทียบสี นั้นต้องพิจารณาที่อุณหภูมิสี (colour temperature) ของแสงที่ได้จากหลอดนั้น ๆ เป็นสำคัญ

อุณหภูมิสีของแสงใด ๆ หาได้จากการเปรียบเทียบสีของแสงนั้นกับสีของแสงที่เปล่งออกมาจาก black body เมื่อถูกทำให้ร้อน ถ้าสีของแสงใดๆ เหมือนกับสีที่เปล่งออกมา black body ณ อุณหภูมิใด จะเรียกว่า สีของแสงมีอุณหภูมิสีเท่านั้น โดยมีหน่วยเป็นเคลวิน (K) ยกตัวอย่างเช่นแสงจากหลอดไฟทังสเตนมีีสีเหมือนกับแสงที่เปล่งออกมาจาก black body ที่มีอุณหภูมิประมาณ 2854 เคลวิน ดังนั้นเราจะเรียกว่าไฟทังสเตน มีอุณหูมิสี 2854 เคลวิน


ภาพที่4 อุณหภูมิสีของแหล่งกำเนิดแสงต่างๆ

สีของวัตถุ

แสงขาวที่เห็นในธรรมชาติเมื่อตกกระทบลงบนวัตถุใด ๆ จะเกิดปรากฏการณ์ได้หลายอย่างกล่าวคือสามารถ สะท้อน ดูดกลืนและส่องผ่าน ถ้าหากวัตถุสามารถสะท้อนแสงได้หมดทุกความยาวคลื่น ในปริมาณที่เท่า ๆ กัน เราจะเห็นวัตถุนั้นเป็นสีขาว ถ้าหากวัตถุดูดกลืนแสงไว้หมดเราจะเห็นวัตถุนั้นเป็นสีดำ เพราะไม่มีแสงจากวัตถุนั้นเข้าตาของเราเลย เพื่อให้สะดวกในการพิจารณาสี จึงแบ่งแสงที่มองเห็นออกเป็น 3 ช่วงคือ

1. ช่วงแสงน้ำเงินโดยมีความยาวคลื่นประมาณ 400 - 500 นาโนเมตร
2. ช่วงแสงเขียวโดยมีความยาวคลื่นประมาณ 500 - 600 นาโนเมตร
3. ช่วงแสงแดงโดยมีความยาวคลื่นประมาณ 600 - 700 นาโนเมตร

ถ้าวัตถุใดก็ตามดูดกลืนแสงสีได้ไม่เท่ากันในแต่ละช่วงความยาวคลื่น เมื่อมีแสงขาวมาตกกระทบวัตถุนั้นจะปรากฎให้เห็นเป็นสี ตัวอย่างเช่นแอปเปิ้ลจะดูดกลืนแสงสีนำ้เงินและสีเขียวไว้ และสะท้อนแสงสีแดงออกมา เราจึงเห็นเป็นสีแดง เป็นต้น

การผสมกันของสี

สีต่างๆ ที่เราเห็นสามารถเกิดจากการผสมกันของแม่สีเพียง 3 สีเท่านั้น โดยการผสมกันของสีนี้มีได้ 2 แบบคือ การผสมสีแบบบวก(additive color mixing) และการผสมสีแบบลบ(subtractive color mixing)

James Clark Maxwell เป็นคนเสนอทฤษฎีการผสมสีแบบบวกโดยได้ฉายภาพจากฟิล์มพอสิทิฟขาวดำ 3 แผ่น ที่ได้จากการถ่ายภาพโดยใช้แผ่นกรองแสงสีแดง เขียว และนำ้เงิน บังหน้ากล้องถ่ายภาพ การถ่ายภาพดังกล่าวทำให้ฟิล์มแต่ละแผ่นบันทึกเฉพาะแม่สีของแสงที่สะท้อนออกมาจากวัตถุเป็นน้ำหนักสี ต่างๆ บนฟิล์มตามความเข้มแสงที่สะทัอนจากวัตถุ จากนั้นนำฟิล์มแต่ละแผ่นไปฉายด้วยเครื่องฉายที่มีแผ่นกรองแสง สีแดง เขียว และน้ำเงิน บังอยู่ เมื่อแสงสามสีนี้ไปรวมกันบนจอภาพจะเกิดเป็นสีต่างๆ ขึ้นมาใหม่อีกมากมาย จากการผสมสีของแสงทั้งสามในความเข้มต่างๆ กัน


ภาพที่5 การผสมกันของสีตามการทดลองของ Maxwell

การผสมสีแบบบวกนี้เป็นการผสมกันของสีของแสง ซึ่งมีแม่สีหลัก (primary color) คือแสงสีแดง เขียวและน้ำเงิน ซึ่งเราจะพบเห็นการผสมสีแบบบวกได้จากจอโทรทัศน์ หรือจอคอมพิวเตอร์ และเราจะเรียกสีที่เกิดจากการผสมกันของแม่สีบวกว่า แม่สีรอง (secondary color) ซึ่งได้แก่สีน้ำเงินเขียว (Cyan) สีม่วงแดง (magenta) และสีเหลือง (yellow) จากภาพที่ 5 เราจะเห็นว่า

สีน้ำเงิน รวมกับ สีเขียว ได้ สีน้ำเงินเขียว
สีน้ำเงิน รวมกับสี แดง ได้ สีม่วงแดง
สีแดง รวมกับ สีเขียว ได้ สีเหลือง
สีน้ำเงิน รวมกับ สีเขียว รวมกับ สีแดง ได้ สีขาว


ภาพที่6 การผสมสีแบบบวก

สำหรับการผสมสีแบบลบเป็นการผสมกันของแม่สี สีน้ำเงินเขียว ม่วงแดงและเหลือง เราจะพบเห็นการผสมสีแบบลบได้จากสิ่งพิมพ์ต่างๆ สีทาบ้าน เป็นต้น จากภาพที่ 6 จะเห็นว่า

สีน้ำเงินเขียว รวมกับ สีม่วงแดง ได้ สีน้ำเงิน
สีน้ำเงินเขียว รวมกับ สีเหลือง ได้ สีเขียว
สีม่วงแดง รวมกับ สีเหลือง ได้ สีแดง
สีน้ำเงินเขียว รวมกับ สีม่วงแดง รวมกับ สีเหลือง ได้ สีดำ


ภาพที่7 การผสมสีแบบลบ

เมื่อพิจารณาวงลมการผสมสีีทั้งแบบบวกและแบบลบ เราจะสังเกตเห็นว่าการผสมกันของแม่สีบวกคู่หนึ่ง จะให้แม่สีลบ และการผสมของแม่สีลบคู่หนึ่งจะให้แม่สีบวก ซึ่งแม่สีบวกสีแดง อยู่ตรงข้ามกับสีน้ำเงินเขียว สีเขียวอยู่ตรงข้ามกับสีม่วงแดง และสีน้ำเงินอยู่ตรงข้ามกับสีเหลือง เราเรียากคู่สีที่อยู่ตรงข้ามกันนี้ว่า สีเติมเต็ม (complementary color) กล่าวคือการผสมกันของสีที่เติมเต็มกัน ของแม่สีบวก จะทำไห้ได้สีขาว แต่สำหรับการผสมสีแบบลบจะให้สีดำ หรือพูดอีกนัยหนึ่งว่าการผสมกันของสีเติมเต็มคู่ใดคู่หนึ่ง เปรียบเสมือนการผสมสีของแม่สีทั้งสาม นั่นเอง

ภาพประกอบบางส่วนจาก www.kodak.com