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	<title>科学松鼠会 &#187; 标准</title>
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	<description>让我们来剥开科学的坚果</description>
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		<title>那些有害物质的“安全标准”是怎么来的</title>
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		<pubDate>Sun, 01 May 2011 22:27:05 +0000</pubDate>
		<dc:creator>云无心</dc:creator>
				<category><![CDATA[健康]]></category>
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		<description><![CDATA[生活中，我们经常听到“某某食物中的某有害物质超标了多少多少”的说法。细心的人可能会发现：同一种有害物质，在同一种食物中，不同国家的“安全标准”不尽相同。这就产生了一种“荒诞”的结果：有害物质在某个含量的一种食物，在一个国家是“安全”的，在另一个国家却是“有害”的。“安全标准”的意义，是低于它就“安全”，超过它就“有害”么？ ]]></description>
			<content:encoded><![CDATA[<p>本文作者：云无心</p>
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<dt><a href="http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2011/04/alg_washing_food_副本.jpg"><img class="size-full wp-image-53769 " src="http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2011/04/alg_washing_food_副本.jpg" alt="" width="0" height="0" /></a></dt>
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<p>生活中，我们经常听到“某某食物中的某有害物质超标了多少多少”的说法。细心的人可能会发现：同一种有害物质，在同一种食物中，不同国家的“安全标准”不尽相同。这就产生了一种“荒诞”的结果：有害物质在某个含量的一种食物，在一个国家是“安全”的，在另一个国家却是“有害”的。</p>
<p>“安全标准”的意义，是低于它就“安全”，超过它就“有害”么？要回答这个问题，我们先来介绍“安全线”是如何划定的。</p>
<h1>问题一：人体能够承受多少</h1>
<p><a href="http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2011/04/alg_washing_food-2.jpg"><img class="alignleft size-full wp-image-53770" src="http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2011/04/alg_washing_food-2.jpg" alt="" width="250" height="208" /></a>任何有毒有害物质，都需要在一定的量下才会对人体产生危害。要建立食物中的“安全标准”，首先要知道人体能够承受多少的量。理想情况下，是要找到这样一个量：当人体摄入的这种物质低于这个量时，就不会受到损害；而高于这个量，就有一定的风险。这样的一个量，被定义为“无可测不利影响水平（no observed adverse effect level， 简称NOAEL) ”。</p>
<p>在实际操作中，NOAEL的确定并不容易。首先，“损害”如何界定？人体有各种生理指标，每一项指标都有正常的波动范围，如何来判断发生了“损害”呢？其次，出于人类的伦理，我们不能明知一种物质对人体有害，还拿人来做实验，让实验者吃到受害的地步。</p>
<p>多数情况下，是用动物来做实验。首先，喂给动物一定量的目标物质，跟踪它在体内的代谢和排除情况。如果该物质很快被排出，那么问题就要简单一些。在一定的时间内（比如几个月）喂动物不同的量，检测各项生理指标，以没有动物出现任何生理指标异常的那个量为动物的“最大安全摄入量”。如果这种物质在体内有积累，就比较麻烦，需要考虑在体内积累到什么量会产生危害，然后再计算每天每公斤体重能够承受的最大量。考虑到动物和人的不同，需要把这个量转化成每公斤体重的量，再除以一个安全系数（通常是几十到一百，有时甚至更高），来作为人的“安全摄入量”。比如说，用某种物质喂老鼠，几个月之后，每天喂的量少于10毫克的那组老鼠都没有问题，而喂20毫克的那组老鼠中有一两只出现了不良反应，那么10毫克就是这次试验得到的“安全上限”。假如这些老鼠的平均体重是100克，那么每公斤体重能够承受的量就是100毫克。然后用这个数据来估算针对人的“安全上限”：如果采用100的安全系数，那么“安全标准”就定为每公斤体重1毫克；如果采用50作为安全系数，“安全标准”就定位每公斤体重2毫克。</p>
<p>有的物质对人体的危害有比较多的研究数据。比如镉，在通过饮食进入人体的情况下最先出现的伤害在肾脏。镉会在肾脏累积，肾皮质（renal cortex）中的镉含量跟肾脏受损状况直接相关。当肾皮质中的镉含量在每公斤200毫克时，大约有10%的人会出现“可观测到的不利影响”。世界卫生组织把这个含量的四分之一，即每公斤50毫克，作为“安全上限”。然后考虑到饮食中镉的平均吸收率，以及能够排出的一部分镉，计算出每周每公斤体重吸收的镉在7微克以下时，对人体没有可检测到的损害。这个量叫做“暂定每周耐受量(provisional tolerable weekly intake，简称PTWI)”。平均来说，这个量跟每天每公斤体重不超过1微克是一样的。对于一个60公斤的人，相当于平均每天不超过60微克。世卫组织采用这个“每周”的时间基准，是为了更好地表达“平均”的意思——比如说，如果今天吃了90微克，而明天控制到30微克，那么就跟两天各吃了60微克是一样的。</p>
<p>还有一些有毒物质对人体的危害缺乏直接实验数据，对于动物的危害也是在大剂量下得到的。而通过饮食都是“小剂量长期摄入”，这种情况下会有什么样的危害，就没有实验数据。科学家们会采用“大剂量”下得到的实验数据，来“估算”在小剂量长期摄入的情况下对人体的影响，从而制定“安全标准”。这种“安全标准”就更加粗略，最终得到的数字跟采用的模型和算法密切相关。比如烧烤会产生一种叫做苯并芘的物质，在动物和体外细胞实验中体现了致癌作用。这种物质在天然水中也广泛存在，而在饮用水中的浓度范围内，它会产生什么样的致癌风险缺乏数据。根据已知的数据进行模型估算，如果一辈子饮用苯并芘浓度为每公斤0.2微克的水，增加的癌症风险在万分之一的量级。所以，美国主管机构设定饮用水中的苯并芘“目标含量”是零，而“实际控制量”则是每公斤0.2微克。</p>
<h1>问题二：特定食物中允许存在多少</h1>
<p>知道了人体对于某种物质的“安全耐受量”，就可以指定它在某种食物中的“安全标准”了。</p>
<p>有的有害物质几乎只来源于某种特定的食物，那么就用“每日最大耐受量”除以正常人会在一天之中吃的最大量而作为“安全标准”。比如有一种叫做“莱克多巴胺”的瘦肉精，进行过人体试验，在每天每公斤体重67微克的剂量下没有出现不良反应。美国采用50的安全系数，把每天每公斤体重1.25微克作为普通人群的NOAEL值。假设一个50公斤的人每天要吃两斤半猪肉，得到猪肉中的允许残留量为每公斤50微克。</p>
<p>有的有害物质则存在于多种食物中。比如镉，大米是一大来源，按照每公斤体重每天1微克的“安全限”，一个60公斤的人每天可以摄入60微克。假设大米中的镉含量是每公斤200微克（即中国国家标准的0.2毫克），那么每天不超过300克大米，就还在“安全限”之下。此外，水和其他食物也是可能的来源。世卫组织认为来自于饮水的镉不应该超过“安全标准”的10%，假设一个60公斤的人每天摄入两升水，因此把饮用水中镉的安全标准定为每升3微克。</p>
<h1>问题三：如何理解“安全标准”</h1>
<p>显而易见，所谓的“安全标准”是人为制定的。制定的依据是目前所获得的实验数据。当有新的实验数据发现在更低的剂量下也会产生危害，那么这些“安全标准”就会相应修改。比如镉，也有一些初步实验显示在目前设定的安全量下，也有可能导致肾小管功能失调。如果在进一步的实验中，这一结果被确认，那么镉的“安全限”就会相应调低。</p>
<p>此外，安全标准的设置中都会使用一个“安全系数”。具体采用多大的系数，也是人为选择的。不确定性越大，所选择的安全系数也就越大。比如镉，制定标准是基于生理指标，4的安全系数就可以了。而莱克多巴胺，制定基准是6名志愿者的宏观表现，推广到全体人群的不确定性就比较大。在制定莱克多巴胺安全标准的时候，美国采用的安全系数是50，而得到每公斤猪肉50微克的标准。世卫组织和加拿大的安全系数就要高一些，最后得到的标准是每公斤40微克。而联合国粮农组织就更为保守，采用的标准是每公斤10微克。中国则采用是“零容忍”，完全不允许存在。</p>
<p>安全标准的制定还与人群中对该种食物的普遍食用量有关。比如说无机砷，世卫组织制定的安全上限是每天每公斤体重2微克，相当于60公斤的人每天120微克。在欧美，人们吃的米饭不多，很难超过这个量，也就没有对大米中的无机砷作出规定。而在中国，大米是主粮，就规定了每公斤150微克的“安全上限”。或许基于类似的原因，日本大米中镉的“安全限”就比中国的要高，是每公斤400微克。</p>
<p>不难看出，这些“安全限”只是一个“控制标准”，并不是“安全”与“有害”的分界线。比如说，如果一个体重60公斤的人，每天吃500克每公斤含0.15毫克镉的大米，是“超标”的；而如果只吃200克每公斤含0.25毫克镉的大米，则处在“安全范围”。这就象考试，总需要一个“及格线”——考了60分的人通过，考了59分的人重修，但这并不意味着得60分的人和得59分的人就有根本的差别。</p>
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		<title>规矩点，这是个美好世界</title>
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		<pubDate>Wed, 31 Mar 2010 09:32:41 +0000</pubDate>
		<dc:creator>田不野</dc:creator>
				<category><![CDATA[物理]]></category>
		<category><![CDATA[原创]]></category>
		<category><![CDATA[标准]]></category>
		<category><![CDATA[规矩物]]></category>

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		<description><![CDATA[混乱的地方就有烦恼，有烦恼就会有故事。我现在就记得一个。

故事里的这天，阳光灿烂，两个科学青年去参加Dr.U，并请了当时的学术权威孔老师做裁判。

那期的题目是：太阳早上离我们远，还是中午离我们远？]]></description>
			<content:encoded><![CDATA[<p>本文作者：田不野</p>
<div id="attachment_35723" class="wp-caption alignleft" style="width: 310px"><a href="http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2010/03/121.jpg"><img class="size-full wp-image-35723" title="12" src="http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2010/03/121.jpg" alt="" width="300" height="299" /></a><p class="wp-caption-text">想到了小儿辩日的故事</p></div>
<p>从前，这个世界很混乱。</p>
<p>混乱的地方就有烦恼，有烦恼就会有故事。我现在就记得一个。</p>
<p>故事里的这天，阳光灿烂，两个科学青年去参加Dr.U，并请了当时的学术权威孔老师做裁判。</p>
<p>那期的题目是：太阳早上离我们远，还是中午离我们远？</p>
<p>科学青年甲说：我认为早上太阳离我们近，而中午的时候，太阳离我们远。大家都知道，离我们越远的东西，看起来越小，换句话说，物体在我们眼睛里面形成的视角随着其和观察者的距离增加而减少。据我观察，早上太阳大如车盖，中午太阳小如餐盘，这无疑是因为太阳正在远离我们。</p>
<p>如果不考虑大气层的折射产生的视错觉，这个回答没有太大问题。但是，科学青年，孔老师和几千年后的看客我，无法对车盖和餐盘的大小形成统一意见。这位科学青年好像是燕国来的，孔老师是鲁国人，而看客我，按照当时的行政划分，应该是南蛮人。我们三个分别对车盖和餐盘进行了想象。之所以不抬头直接观察太阳，是因为大中午的它很刺眼。既然这位科学青年进行了目测，那我们按照他的描述想象一下就好了。问题是，孔老师家的是马拉的，我们家的车是牛拉的，车盖不是一般大；而对于餐具，就更没谱了，曾经有个景德镇的老乡，亲手做了一个餐盘，比车盖还大，用来盛烤全牛的，说是要申请什么世界纪录。</p>
<p>最终，一切都要听权威的。毕竟孔老师走过的路比较多，逃难的那个时候，各国的车子，各国的餐具也都用过。有些人，事情见多了就明白了；而有些人，事情见多了就糊涂了。孔老师想了好久，终于很老实地说他也搞不清楚，你不能做Dr.U。</p>
<p>这个结果让科学青年甲很抓狂，并嘱咐后代一定要学会用规矩。</p>
<p>顺便说一下。另一个科学青年乙不同意甲的意见，他认为晨凉午暖，根据热辐射强度随距离增加而递减的原理，太阳离地球的距离，应该是早上远而中午近。原理是对的，可惜他忘了太阳入射角的问题，也没有得到Dr.U的称号。</p>
<p>过了很久，很多人都已经忘了这事。直到有一天，有个叫嬴政的人，我怀疑他是科学青年甲的后代，为了给祖先挣回面子，生生地把六个国家都归拢了，要求他们都使用一样的度量衡。这是个很伟大的事情。嬴政死了之后，很多东西传了一代，就被败掉了，但是这套规矩，被人传了下来。中国从此进入一个有统一规矩的时代。</p>
<p>二千多年过去了……</p>
<p>商品时代来势汹汹，一群所谓搞经济的人显得很有话语权，他们说：三流企业卖产品，二流企业卖技术，一流企业卖规矩。显然，秦嬴政同学当年也是一流的企业主，当时的国家也是一流的国家。现在的一流国家叫美国，谁不跟他学规矩，他就规矩谁；我们的国家还不是一流的，所以有事只好“与国际接轨”，换句话说，就是被规矩；如果没有人来规矩我们，我们就搞特色。</p>
<p>让我们立足现在。即使过了这么长的时间，对如何用规矩衡量一个物体的长度和重量，人们仍然时常纠结。前些时候，天涯上有一群人就对这个问题进行了深刻的思考，但是具体内容过于低俗，在我们这个和谐的博客上，就不具体陈述了，有感兴趣的，可以移步<a href="http://www.tianya.cn/publicforum/content/funinfo/1/1520199.shtml">这里</a>。</p>
<p>以上都是引子，为的让大家明白，学会用一个简单易得的物品来规矩我们的生活是多么重要。大家要是不按照规矩来，就会有烦恼，比如脚穿不进靴子，桌子放不进房间之类的。但，偶尔也有意想不到的妙处，传言说，当年阎锡山就用他的规矩恶心过想开火车来抢地盘的人。很简单，就是把标准的1453毫米的火车轨道，改成了1000毫米的窄轨，虽然也有人说是为了省钱，不管怎么样，结果都是，外面的火车就开不进来了。</p>
<p>所以，规矩无所不在啊。今天，我就给大家推荐两个生活中常见的标准规矩物。</p>
<p>第一个推出的标准物品，自然是钱，古代叫抄子，经济学家叫一般等价物。不管叫什么，它都是一个十分美好的东西，而且身边不可能找到比钞票更合适的规矩了。</p>
<p>随手抽出一沓百元大钞，堆堆齐。它们是不是很整齐！是不是没有一点点长短差距！这就是做为一个规矩最重要的品质，它们很齐整，无论何时何地，都是一个样子。</p>
<p>等等，有一张百元大钞比别的长。抽出来看看，哦，就是90年版的。需要提醒各位注意，不同年份出版的钱，不管是纸币还是硬币，规格是不一样的，05年版的百元大钞长155毫米，宽77毫米；而90年版的长为165毫米，宽77毫米。</p>
<p>说到这里，顺便替天涯里的姐妹们出个主意，丈量柱状物，其实新版百元大钞是个很好的工具。百元大钞长155毫米，基本够用了，不够就用对角线，根据勾股定理，其对角线长为173毫米；还不够，那就用两张百元大钞。量粗细的时候，用155毫米的大钞围个圈，形成圆的直径约50毫米，折一半，打个圈，差不多是25毫米，这个范围基本上也够用了。当然，实际生活中请注意活学活用。</p>
<p>百元大钞的长宽有零有整，在别的时候并不好用，推荐使用2005版的10元纸币，其长为14厘米，宽为7厘米。如果需要测量较小的东西，推荐使用05年版1元硬币，其直径为2.5厘米，厚为2毫米。此外，耐磨损的一元硬币，还是一个很好的重量标准，每个的重量为6克。如果把一万块全换成一元硬币的话，那总重将达到60千克，跟一个成年人的体重差不多。<br />
<img src="http://songshuhui.net/forum/attachments/month_1001/20100129_bc5a74cea747ec948fa6zf4KpH6h9XL8.jpg" border="0" alt="" /> <img src="http://songshuhui.net/forum/attachments/month_1001/20100129_82339e451787b0bf3ccbkukPshaD85Jj.jpg" border="0" alt="" /></p>
<p>一元硬币的直径是2.5厘米，周长约为7.9厘米。根据该图示，左边盲蛇长约10厘米。</p>
<p>使用人民币做为规矩物，可以衡量从毫米到分米级别的各种长度。但是，一旦过于长了，比如米，甚至千米。这个时候怎么衡量呢？这就要推出第二个长度规矩，它就是你自己。</p>
<p>人是非常不标准的东西，高矮胖瘦，各不相同。但自己是最经常被丈量的东西，尤其是女生的体重和男生的身高。在江湖上，别人的这些数据，都是密中之密。千万不要去问你身边女生的体重，千千万不要去丈量小四的身高，否则会惹了杀身之祸。切记！切记！</p>
<p>自己的秘密，自己知道就好。有了这些秘密作为规矩物，你就可以衡量很多很多东西。</p>
<p>用自己做为天下的规矩，是有历史渊源的。最早用于表征长度大小的，就是领导们的身体。据说，金字塔高280腕尺，是以胡夫的前臂长为标准的；所谓“1码”的长度，是公元9世纪撒克逊王朝亨利一世的手臂向前平伸，从鼻尖到指尖的距离。而唐太宗李世民规定，以他的双步，也就是左右脚各一步作为长度单位，叫做“步”．并规定一步为五尺，三百步为一里。偶尔也有不是用领导们为规矩的，比如，航天飞机火箭推进器的宽度，用的规矩就是马的屁股，这个八卦就不详细说了，欲知详情，请用“航天飞机”加“马屁股”为关键词拜谷哥。</p>
<p>不是每个人都当领导，说出来的话都是规矩，所以只得去记住一些数据作为规矩。比如，你的鞋码。一般男生的脚在25到29厘米之间，加上鞋，就在30厘米上下。脚尖对脚根，走上三步，就是一米长了。嫌不够精确？那用7张10元纸币连在一起，就是98厘米。<br />
<img src="http://songshuhui.net/forum/attachments/month_1001/20100129_b99cd8d21e917d9e2c8c9VcwAGJcs6hv.jpg" border="0" alt="" /></p>
<p>量“米”长不算本事，成年人从左手指尖到右肩胛窝的距离，差不多就是一米，这种量法误差大点，但是非常简单。历史上真正的牛人可以用身体量几千“千米”的距离。这个人一定要介绍一下，他就是印度人南星同学。1865年的时候，他做为英国的间谍，从印度一步一步地走到拉萨，总共走了数百万步。经过训练的南星同学，他每一步的长度都是固定的80厘米。通过用念珠计数，用星辰定位，他成功地画出了从印度到拉萨的地图。据说他所制订的地图上，拉萨的位置和实际位置仅有半个纬度的差距。</p>
<p>80厘米是很大的步幅了，对于我来说，一个标准步幅大概是70厘米，一般人可以以此作为参考。</p>
<p>工业化之后，生活中所能找到的长度规矩，可谓比比皆是。当走到一个超市的，看到琳琅满目的商品时，你会发现它们很多都是一样的大小，只是表面上的装饰不同。比如一张A4纸，它的大小是标准的长297毫米，宽210毫米；一个小瓶的果汁饮料，它的高也是210毫米；一张光盘，它的直径是120毫米，而中心圆孔的直径是15毫米；甚至你现在正在看的显示屏，如果是15寸的，那其对角线长是15英寸，约381毫米，17寸是432毫米，19寸是483毫米。这些东西，不管在全世界任何一个角落买的，都是守着同一个规矩，拥有一样的长度。</p>
<p>还有一个东西，不能算规矩，却是很好的估算长度的工具，这就是时间。打小物理书就教育我们，用长度除以时间，就得到了速度。在生活中，很多东西的速度可以被看做是一个近似常量。比如人走路的速度，大概5到6公里每小时。从松鼠会老办公室到崇文门地铁站，要走15分钟，算成距离，是1 .5公里上下。汽车的速度一般是60公里每小时，当然，高速路要快不少。火车的时速是120到200公里，跟你做的列车是快速还是动车有关。飞机是最快的，每小时可以飞600到800公里。适当的修正，加上你用手机或者手表记录的时间，就能很快地计算得到出发地到目的地之间的距离了。</p>
<p>我几乎要歇下来喝口茶了。这时，我喜欢的姑娘问，那你能告诉我，从北京到布宜诺斯艾利斯有多远吗？<br />
布宜诺斯艾利斯，在南美洲的阿根廷，远到即使坐飞机也要中途歇脚。</p>
<p>当然，这难不到我。我们只需用一个新的规矩物，那就是地球周长。记住，绕地球一周是4万千米。从地球仪上，布宜诺斯艾利斯几乎就在北京的对面，稍微少一点。我估算了一个值，大概是1万8千千米。</p>
<p>后来用google map量了一下，从北京到布宜诺斯艾利斯，距离是19418千米。</p>
<p>好了，到此先告一段落，欢迎进入理科生的规矩世界。</p>
<p>（感谢Ent对此文的建议）</p>
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		<title>色彩体系小考</title>
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		<pubDate>Wed, 18 Jun 2008 14:07:06 +0000</pubDate>
		<dc:creator>Melipal</dc:creator>
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		<category><![CDATA[颜色]]></category>

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		<description><![CDATA[无意中在煎蛋上看到一篇关于色彩体系历史的文章。由于最近频繁与人讨论颜色问题，对此类话题多少有些敏感，本人的考证瘾立即被勾了起来，遂查阅若干资料，作成此文。 联邦595标准色卡扇 本人最早接触到的色彩体系，除了在计算机中所见的RGB、CMYK、HSB等系统之外，还要数美国的联邦595标准（Federal Standard 595，简称FS）。当初是从一本很老的《航空模型》杂志上得知了这个东西，记得那篇文章的作者还称，国外一些资深modeler往往常备FS色卡，参观博物馆时即可随时翻开与实物比对，提高模型涂装的准确性。看后是顿生羡慕，不过毕竟FS色卡对于本人来说那是天价，况且这还不是一次性投资，为保证色彩标准，保养麻烦不说，隔上三年五载还必须要更新一回。于是干脆仿效之，不管用到什么品牌什么颜色的涂料，都会顺手刷上一张纸卡备案，其中也免不了有若干FS色（准不准确另说）。现在这些卡片在本人的工具箱里堆得乱七八糟，只是至今没有派上过一次用场。 后来有些“开窍”，也知道了不能过分相信博物馆展品的颜色，谁晓得战后它们被整修成什么样子了？再说了，搞不好战时的颜色就已经因为种种原因而不能做到统一了，缩小到模型上，略略做下偏差，微小的差异也就可以忽略不计了。当然作为参考，标准的色彩体系也不是一无是处，至少可以找个基准点，不至于让偏差太离谱不是？好在现在有网络版色表备查，于本人的需求来说，色卡实物也就没有多大的必要了。 闲话少说，先从FS系统的沿革谈起。当下应用的FS标准，全名是Federal Standard 595B - Colors Used in Government Procurement，也就是联邦595B标准暨政府采购用色。这一体系可以追溯到二战，建立它的目的很实际：让武器的生产承包商准确了解涂装标准的要求。解决方案就是，用数字来表示不同的颜色，并将每种颜色与代码一起印成色卡，分发给生产者。 同一时期，各国也因类似的目的建立了各自的军用色彩体系。如德国的航空器标准色是RLM（Reichsluftfahrt Ministerium，德意志航空部）系统，亦是以数字标明颜色；日本的色彩系统是用字母和数字共同表示，其中字母表示色类，随后的数字表示该类中的第几种颜色；英国的体系采用的则是名称而非数字进行色彩区分。下面的照片是二战期间日本海军飞行器采用的色卡，该标准起源于1938年，是当年工业色彩体系的实例。按史料记载，该体系中应有17类54种颜色，不过图中的册子似有缺页： 色彩体系不论是采用数字还是名称来指示颜色，其实都是有前提的：人眼所感受的色彩，是物体的物理特性、周边环境与人的神经系统（乃至个人的文化背景、人生经历等）共同作用的结果，有很大的主观成分。如果要制定确切的色彩体系，必须忽略人与人之间感知能力的差异，只考虑单纯的物理因素，并且认为色彩可以量化。不过对于标准化工业生产以及研究工作来说，这是必需的：可以跨越文化背景以及个体差别，更准确地传递色彩信息。这一条，既是色彩体系建立的目的，也是让FS等标准在战后风行的一大原因。 事实上，虽然早在毕达哥拉斯时代，人们对此就有了一些概念，真正意义上的色彩体系还是起源于近代科学与工业兴起的17、18世纪的。为构建合理的体系，对色彩进行排序编目，需要考虑数目合适的颜色种类，以及适宜的排列方式。总的顺序一般是根据彩虹光谱，从红端到紫端。17世纪如此，今天的FS、CIE等多数标准亦不例外，只是如RLM这样的系统，编号方式着实诡异。考虑其应用范围狭窄，颜色数目也极为有限，暂且不予追究。至于二战时期的英国色彩标准，本人也没有考证过，不能妄言。 各种颜色最为直观的排列方式当然是彩虹条带，不过单纯一道彩虹并不能提供更多的信息，难以作为标准推行。所以更好的方式是颜色表，标有颜色名称，方便比对和配色。一个例子是Richard Waller受瑞典出版物启发而公布的《简单色与混合色表》，共列出了119种颜色，由浅至深排列，于1686年发表，旨在为自然哲学家描述自然界时提供一个标准。使用者只需将实物与色表对比，就可以知道所观察对象的颜色名称了。同时，对于商业与艺术领域来说，Waller的色表也是实用的工具。 图片来源："A Catalogue of Simple and Mixt Colours with a Specimen of Each Colour Prefixt Its Properties," in Philosophical Transactions of the Royal Society of London, vol. 6 for the years 1686 and 1687 类似的是德国自然历史学家Jacob [...]]]></description>
			<content:encoded><![CDATA[<p>本文作者：Melipal</p>
<p>无意中在<a href="http://jandan.net/" target="_blank">煎蛋</a>上看到一篇关于色彩体系历史的<a href="http://jandan.net/2008/06/03/history-of-the-color-wheel.html" target="_blank">文章</a>。由于最近频繁与人讨论颜色问题，对此类话题多少有些敏感，本人的考证瘾立即被勾了起来，遂查阅若干资料，作成此文。</p>
<p align="center"><img alt="Federal Standard 595" src="http://bzhang.lamost.org/images/intro/Color_Systems/Color_Systems_1.jpg" /></p>
<p><span id="more-294"></span></p>
<p align="center">联邦595标准色卡扇</p>
<p>本人最早接触到的色彩体系，除了在计算机中所见的RGB、CMYK、HSB等系统之外，还要数美国的联邦595标准（Federal Standard 595，简称FS）。当初是从一本很老的《航空模型》杂志上得知了这个东西，记得那篇文章的作者还称，国外一些资深modeler往往常备FS色卡，参观博物馆时即可随时翻开与实物比对，提高模型涂装的准确性。看后是顿生羡慕，不过毕竟FS色卡对于本人来说那是天价，况且这还不是一次性投资，为保证色彩标准，保养麻烦不说，隔上三年五载还必须要更新一回。于是干脆仿效之，不管用到什么品牌什么颜色的涂料，都会顺手刷上一张纸卡备案，其中也免不了有若干FS色（准不准确另说）。现在这些卡片在本人的工具箱里堆得乱七八糟，只是至今没有派上过一次用场。</p>
<p>后来有些“开窍”，也知道了不能过分相信博物馆展品的颜色，谁晓得战后它们被整修成什么样子了？再说了，搞不好战时的颜色就已经因为种种原因而不能做到统一了，缩小到模型上，略略做下偏差，微小的差异也就可以忽略不计了。当然作为参考，标准的色彩体系也不是一无是处，至少可以找个基准点，不至于让偏差太离谱不是？好在现在有网络版色表备查，于本人的需求来说，色卡实物也就没有多大的必要了。</p>
<p>闲话少说，先从FS系统的沿革谈起。当下应用的FS标准，全名是Federal Standard 595B - Colors Used in Government Procurement，也就是联邦595B标准暨政府采购用色。这一体系可以追溯到二战，建立它的目的很实际：让武器的生产承包商准确了解涂装标准的要求。解决方案就是，用数字来表示不同的颜色，并将每种颜色与代码一起印成色卡，分发给生产者。</p>
<p>同一时期，各国也因类似的目的建立了各自的军用色彩体系。如德国的航空器标准色是RLM（Reichsluftfahrt Ministerium，德意志航空部）系统，亦是以数字标明颜色；日本的色彩系统是用字母和数字共同表示，其中字母表示色类，随后的数字表示该类中的第几种颜色；英国的体系采用的则是名称而非数字进行色彩区分。下面的照片是二战期间日本海军飞行器采用的色卡，该标准起源于1938年，是当年工业色彩体系的实例。按史料记载，该体系中应有17类54种颜色，不过图中的册子似有缺页：</p>
<p align="center"><img alt="Temporary Specification No.117 Additional Volume" src="http://bzhang.lamost.org/images/intro/Color_Systems/Color_Systems_2.jpg" /></p>
<p>色彩体系不论是采用数字还是名称来指示颜色，其实都是有前提的：人眼所感受的色彩，是物体的物理特性、周边环境与人的神经系统（乃至个人的文化背景、人生经历等）共同作用的结果，有很大的主观成分。如果要制定确切的色彩体系，必须忽略人与人之间感知能力的差异，只考虑单纯的物理因素，并且认为色彩可以量化。不过对于标准化工业生产以及研究工作来说，这是必需的：可以跨越文化背景以及个体差别，更准确地传递色彩信息。这一条，既是色彩体系建立的目的，也是让FS等标准在战后风行的一大原因。</p>
<p>事实上，虽然早在毕达哥拉斯时代，人们对此就有了一些概念，真正意义上的色彩体系还是起源于近代科学与工业兴起的17、18世纪的。为构建合理的体系，对色彩进行排序编目，需要考虑数目合适的颜色种类，以及适宜的排列方式。总的顺序一般是根据彩虹光谱，从红端到紫端。17世纪如此，今天的FS、CIE等多数标准亦不例外，只是如RLM这样的系统，编号方式着实诡异。考虑其应用范围狭窄，颜色数目也极为有限，暂且不予追究。至于二战时期的英国色彩标准，本人也没有考证过，不能妄言。</p>
<p>各种颜色最为直观的排列方式当然是彩虹条带，不过单纯一道彩虹并不能提供更多的信息，难以作为标准推行。所以更好的方式是颜色表，标有颜色名称，方便比对和配色。一个例子是Richard Waller受瑞典出版物启发而公布的《简单色与混合色表》，共列出了119种颜色，由浅至深排列，于1686年发表，旨在为自然哲学家描述自然界时提供一个标准。使用者只需将实物与色表对比，就可以知道所观察对象的颜色名称了。同时，对于商业与艺术领域来说，Waller的色表也是实用的工具。</p>
<p align="center"><img alt="Richard Waller's Basic Chart" src="http://bzhang.lamost.org/images/intro/Color_Systems/Color_Systems_3.jpg" /></p>
<p align="center">图片来源："A Catalogue of Simple and Mixt Colours with a Specimen of Each Colour Prefixt Its Properties," in <i>Philosophical Transactions of the Royal Society of London</i>, vol. 6 for the years 1686 and 1687</p>
<p>类似的是德国自然历史学家Jacob Christian Schaeffer以及德国地质学家Abraham Gottlob Werner各自创立的体系，都有研究的目的：前者的目的是保证Schaeffer本人著作的插图颜色准确，后者则主要用于矿物化石等物的描述。</p>
<p>下一个进展是将具体事物与色彩分离开来，不能过分依赖用自然界的事物来描述色彩。18世纪中叶，天文学家兼地图学者Tobias Mayer提出的色彩三角形是其中的代表。Mayer正是红黄蓝三原色之说的提出者，三角形所表现的也是色彩混合的观点，三个顶点分别由三原色占据，之间是各种过渡色。至于三角形的边长，Mayer认为，在两种颜色之间，人眼只能分辨出12个色阶，因此纯色三角形的每边设有13种颜色。</p>
<p>在全套的Mayer色表中，色彩三角形应有多个。除纯色外，其他三角形的亮度逐渐增大或减小，每边颜色的数目也越来越少，直到黑白。这样的体系中一共有819种颜色。由于三角图可以编码，倒也符合标准化的需要。</p>
<p>Mayer本人是否完将色表完成已无从考证，德国物理学家Georg Christoph Lichtenberg随后却是按照Mayer的方法建立了自己的色表。很快Lichtenberg就发现，以纯色为基础加深颜色并不容易，而且仅仅由三种基础色调出所有色彩也是个技术活，所以对于某些颜色（如紫色和粉色），他也偷了一回懒，直接把现成的颜色拿来。同样是因为操作上的困难，Lichtenberg的色表每边只有7种颜色，而不是设想中的13种，如下图所示：</p>
<p align="center"><img alt="Mayer's Color Triangle" src="http://bzhang.lamost.org/images/intro/Color_Systems/Color_Systems_4.jpg" /></p>
<p align="center">图片来源：From Tobias Mayer, <i>Tobiae Mayeri. . . Opera inedita: Vol. I. Commentationes Societati Regiae scientiarvm oblatas, qvae integrae svpersvnt, cvm tabvla selenographica complecten</i>. Trans. and ed. Georg Christoph Lichtenberg. Goettingen, 1775, plate III.</p>
<p>实现色物分离的另一条途径是色环，肇始于牛顿，简单说来就是把棱镜折射得到的彩虹排列成圈，如下面这个1708年的例子：</p>
<p align="center"><img alt="color circles" src="http://bzhang.lamost.org/images/intro/Color_Systems/Color_Systems_5.jpg" /></p>
<p align="center">图片来源： [C. B.] <i>Traité de la peinture en mignature</i> (The Hague, 1708).</p>
<p align="center"><img alt="color circles" src="http://bzhang.lamost.org/images/intro/Color_Systems/Color_Systems_6.jpg" /><img alt="color piramid" src="http://bzhang.lamost.org/images/intro/Color_Systems/Color_Systems_7.jpg" /></p>
<p>三角形也好，色环也罢，比起单纯的色表，可以更好地表现颜色之间的关联。接下来，是将色表与其结合，让使用更加方便。Mayer三角形已经初具类似功能，色环的完善则是英国昆虫学家Moses Harris的功劳。他以三原色为基础，利用同心圆环标示色彩，色环径向色相相同但亮度不同（上左，图片来源： From Moses Harris, <i>The Natural System of Colours</i> . . . (London, [1766]).）。至于黑色，在Harris的系统中是以三原色混合来表示的。后来的研究者认为，这就是现代标准色彩体系的雏形。再过渡到三维，就是德国人Johann Heinrich Lambert的三维色彩金字塔（上右，图片来源：Johann Henrich Lambert, <i>Beschreibung einer. . . Farbenpyramid</i>. . . (Berlin, 1772).）、Philipp Otto Runge的色彩球、法国人Michel Eugène Chevreul的色彩半球等等。它们也可以看作是Munsell等现代体系的前身，后者可以用三维坐标的形式给出每种颜色的色相（环向）、饱和度（径向）和明度（轴向）的完整信息。</p>
<p align="center"><img alt="Munsell Color System" src="http://bzhang.lamost.org/images/intro/Color_Systems/Color_Systems_8.jpg" /></p>
<p align="center">Munsell体系的色彩表示示意，由美国艺术家Albert H. Munsell在19世纪末20世纪初提出。当代Munsell体系共有10种色相、11种明度以及最多至20种的饱和度（依色相和明度而不同）。</p>
<p>与Munsell体系异曲同工的三坐标系统还有德国的Ostwald体系与日本的色彩研究所体系等，具体表示方法和色阶数有所差别。而瑞典的斯堪的纳维亚色彩研究所则提出了以心理感受为基础的自然色系统。</p>
<p>至于前文提到的FS之类主要面向印刷、纺织、涂料乃至军工等行业的工业标准色彩体系，情况又有所不同。究其根源，只知道英国的标准系统源于1930年，加拿大的标准源于1944年，现行德国标准源于1944年，不过最早一种的起源时间地点却是没有考证到，搞不准二战又是这些体系产生与完善的催化剂。为携带与使用方便起见，这类体系的色表一般都做成扇形或手册形式（参见文章开头的FS色卡扇），而非可以更好地反映颜色关系的立体结构或是几何形状。另一点与偏重研究性质（甚至是为满足个人研究需要）的色彩体系不同的是，为便于推广，工业体系除了需要确定每种颜色，还有一条针对色表大批量制造的要求：颜色的稳定性，至少同一批次乃至不同批次之间的色表，色差不能与定义色偏离过大，否则标准也就失去了意义。这是以印刷、涂料等技术的进步为前提的。</p>
<p>再说说红绿蓝光谱三原色衍生体系的问题。红绿蓝三原色之说是由英国医生Thomas Young最早提出的，同时他也率先提出了三种感光细胞的设想，并在20世纪中叶得到了证实。但麦克斯韦在1860年的研究表明，并不存在能够覆盖可见光所有色调的三原色，只是由于红绿蓝三色的波长差异比较大，能较好地近似而已。到了1920年，关于三原色的定量实验奠定了数值表示RGB的基础，不过为了顺利表现所有颜色，有时红色要取负值。国际照明协会则在1931年制定了让所有数值均取正的三参数（明度参数Y以及色彩平面坐标x与y，分别表示从绿到红以及从蓝到黄）CIE标准体系，历经数次修订，一直沿用至今。这一体系比Munsell的系统更精确，还可以从辐射谱能量分布的角度来讨论光源的性质。下面这张马蹄图就是CIE体系的色彩平面：</p>
<p align="center"><img alt="CIE chromaticity diagram" src="http://bzhang.lamost.org/images/intro/Color_Systems/Color_Systems_9.jpg" /></p>
<p>上图中的白色三角形就是RGB三色能覆盖的色域了，也是通常三基色显示器的色域。对于显示器的色彩系统，没有必要诉诸CIE体系，最直观的当然就是RGB，以红绿蓝的亮度值来表示。而在图象处理软件中，往往还可以使用HSB（色相—饱和度—亮度）体系和针对印刷的CMYK（青—洋红—黄—黑）体系等等。当然，涉及显示技术的行业标准还是五花八门的，本文就不去考证那么多了。</p>
<p>最后多说两句FS 595体系。该体系中，每种颜色均由5位数字表示。其中第一位表示光泽程度，1是光泽，2是半光泽，3是亚光。第2位表示色类，从0至8，依次表示褐、红、橙、黄、绿、蓝、灰、其他（紫、金属色、黑、白）以及荧光色。最后3位数则根据反射率而递增。这一体系是1959年引进的，当时完全更新了之前的TT-C-595系统（颜色以4位数表示）。随后的1968年与1989年，FS体系又作了两次较大规模的改动，分称FS 595A与FS 595B。现在所用的是FS 595B体系，共有613种颜色，是在1994年敲定的。去年，FS的第三次修改获得通过，颜色增加至650种。FS 595C标准有望在今年正式采纳。</p>
<p align="center"><img alt="Pantone Matching System" src="http://bzhang.lamost.org/images/intro/Color_Systems/Color_Systems_10.jpg" /></p>
<p align="center">Pantone配色标准色卡，又一个工业色彩体系的实例</p>
<p>FS之外，当下比较流行的尚有德国的RAL、美国的Pantone配色等其他工业用色彩体系，另外在网络上也看到过一些关于中国色彩系统的信息。不过作为非业内人士，估计今后本人是很难深入接触这些东西了。只是拜业余爱好之赐，对FS和RLM体系多少还有些概念。至于本文，专业人士请尽情拍砖好了，只是希望不要把本人砸扁。</p>
<p>末了亮一亮未来几个月内要用到的两种FS色，谁能由此猜出本人要开工什么东西了？</p>
<p align="center"><img alt="" src="http://bzhang.lamost.org/images/intro/Color_Systems/Color_Systems_11.jpg" /></p>
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