黑白分明是什麼意思
作者=卡爾·薩根
譯者=丘宏義
白與黑的區別不在於顏色，而在於反射的光。這些用詞（字）都是相對的，而非絕對的。也許自然界中最明亮的物體是新下的雪，它反射了75%的陽光。我們最常接觸到的最黑物體——例如，黑天鵝絨——只反射照上去的光的百分之幾。“黑白分明”這個詞，是一種概念上的錯誤比喻。“黑”與“白”基本上完全一樣，它們之間的區別在於反射了多少光，而非顏色上的不同。
人類中，多數“白”人的白並不像新雪的白（也不像冰箱外層塗漆的白），而大多數的“黑”人也不像黑天鵝絨一樣黑。這些名詞是相對的、含糊的、混淆不清的。在美國，幾乎所有的人都呈現棕色。我們的面板在光譜上，紅光一端的反射要比藍光一端的反射強些。因此，我們把面板中含有較多黑色素的人種稱為“有色人種”，就像把面板中含有較少量黑色素的人種稱作“漂白人種”一樣毫無道理。
只有在可見光和鄰近的頻率中，才有膚色反射率不同的區別。在紫外線及紅外線的頻率範圍內，北歐裔和非洲裔人一樣都呈黑色。只有在可見光的範圍內，一般物體對光呈現透明性，才有不正常的白膚色。在大部分其他頻率的光譜範圍內，所有的人類都呈現黑色。
—卡爾·薩根
當你從東方的地平線冉冉上升時，你將你的美麗灑遍了每一片土地。雖然你在遙遠的地方，你的光仍然普照在大地上。
—阿肯那頓(Akhnaton)
《讚美太陽詩》
(Hymn to the Sun，約於公元前1370年)
在阿肯那頓王統治下的古埃及時代，人們信仰的是一種已不存在的一神教，拜的是太陽。人們認為陽光是神的注視。在那時候，人們認為“看見”這種能力來自眼睛放出的視線。視覺就和我們現在的雷達一樣。眼睛放出視線，直接接觸被看見的物體。太陽——沒有它的時候，除了星光以外，幾乎看不見任何東西——射出視線，照明世界，同時讓尼羅河谷變暖。按照當時的物理學知識水平，以及那些專誠禮拜太陽的人對宗教信仰的虔誠，把光視為神的視線似乎是一種合理的看法。3300年後的今天，有一個更深奧的，卻也更平淡無奇的比喻，賦予了光一個更恰當、更好的解釋。
波長×頻率=波速
你坐在浴缸中，水龍頭開始滴水，假定它每秒向浴缸中滴下一滴水。這滴水造成了一個小水波，以極美的弧形慢慢地散開。當這水波碰到浴缸邊時，就反射回來，反射回的水波強度減弱。反射幾次之後，水波就看不見了。而在水龍頭那一邊，每滴一滴水時，就有一道新的水波出現。每當水波衝擊到你的“橡皮鴨”（小孩入浴時，往往要帶上一些小玩具。以前在美國流行的是一種能浮起來的小橡 皮鴨。現在雖然已經有了許多其他玩具可供選擇，可是，橡皮鴨還是成了代表這 些可用來陪小孩入浴的玩具的代名詞。——譯者注）時，它就一上一下地浮動。很明顯，水波高峰處的水位較高，低谷處的水位較低。這水波的“頻率”就是在一定時間內，它的波峰經過你所設定的觀測點的次數——在我們舉出的例子中，每秒鐘產生一個波。因為每一滴水可以產生一個水波，產生水波的頻率和滴水的頻率相同。這波的“波長”就是連續的兩個波的波峰間距離——在我們的例子中，這波長可能是10釐米左右。如果每秒有1個波峰經過我們觀測的那一點，而波長是10釐米，那麼，這波的速度就是每秒10釐米。換句話說，波的速度就是波長乘以頻率。
浴缸的水波和大洋中的水波都是“二次元”（或者更準確地說，是二維）的；它們從一點以圓圈的形式向外擴散。相對來說，音波是“三次元”（三維）的，從聲波的波源向所有的方向傳播。在波峰，空氣被壓縮了一些，在波谷，空氣變稀薄了一點。你的耳朵能測出這些波來。如果這些波峰來的次數很頻繁（頻率高），這波聽上去就呈高音狀。
C261.626Hz(MiddleC)
- A440TuningTones
音樂的音聲就是音波波峰撞擊你耳朵的頻繁程度。中央C音（Middle C）代表的是，每秒鐘音波波峰撞擊你的耳朵261次，我們稱之為261赫茲（赫茲（Hertz）是頻率的單位，即每秒波的波峰和波谷出現的次數，因發現電磁波 的科學家——海因裡希·赫茲（Heinrich Rudolph Hertz，1857— 1894）而得名。比中央 C 音高一音階的頻率是 526 赫茲，高二音階的頻率是 1052 赫茲。——譯者注）。中央C音的波長有多少？在海平面，聲音的傳播速度大約是每秒340米（約每小時700英里或1100千米）。就和浴缸中的水波一樣，音波的波長也是波的速度除以波的頻率。算下來，中央C音的波長約為1。3米——大約是一位9歲小孩的高度。
聲音不因人而異
有些人想出一些古怪的問題試圖難倒科學，其中一個問題是：“對天生耳聾者來說，中央C音是什麼？”這個問題很容易回答。中央C音的頻率還是261赫茲，這是一個極精確、單一的，只屬於中央C音的聲音。如果你不能直接聽到這聲音，你可以毫不含糊地藉助儀器——音響放大器，或者示波器（oscilloscope）把它顯示出來。當然，這和親耳聽到聲音的感受完全不同——畢竟這種“聽”法用的是視覺而非聽覺——可是，這有差別嗎？所有關於這聲音的資訊都清楚地顯示在那兒。你可以感受到和絃（chord）、斷音（staccato）、撥奏曲（pizzicato），以及音色（timbre）。你可以認出中央C音來。也許用電子方法顯示和親耳聽到的感受不同，可是這純粹只是一個體驗上的問題。即使把像貝多芬這樣的音樂天才暫時撇開不論，你就算是全聾了，還是可以感受到音樂的。
這也回答了一個問題：如果有一棵樹在森林中突然倒下了，但沒有人聽到，那麼樹倒下時究竟有沒有發出撞擊聲？當然，如果我們對聲音的定義是，要有人聽到，才算發出聲音，那麼按此定義，這棵樹就沒有發出聲音。可是，這種對聲音的定義未免將人類的重要性抬得太高了，重要到宇宙萬物唯人類是從。很明顯，如果一棵樹倒了，一定會發某種聲音，我們可以藉助錄音器將此聲音收錄在光碟中，並透過音響裝置放出。如此一來，這樹倒地時發出的聲音就會被聽到，根本就沒什麼神秘的。
聲音通訊範圍有限
可是，人類的聽覺不是很完美。有些低頻率（每秒少於20個波）的聲音就聽不到了，但鯨魚卻可以用這麼低頻率的聲音來通訊（“談話”）。有些高頻率的聲音（每秒超過20000個波），大部分的成人也都聽不到，但狗就可以聽到（可以用一個高頻率的哨子來叫狗）。有許多聲音的音域超過了人耳聽覺的接收範圍——例如，每秒超過100萬個波的聲音。我們的感官，雖然已經在演化過程中進化成極端敏銳易感，可是還是有其物理上的限制。
我們很自然地用聲音來通訊。我們靈長類的親戚們就是這樣做的。我們是群居的動物，而且彼此的依賴性很強，所以有必要通訊。在過去的數百萬年間，當我們的大腦以空前的速度在演化時，掌管我們語言能力的大腦皮層（cerebral cortex）也隨之大幅演化，我們使用的字詞也因而大為增加。我們能發的音也越來越多了。
當我們還是狩獵者及食物採集者時，我們在計劃一日行事、教育下一代、交友、警告他人有危險臨頭，以及在晚飯後，坐在火邊看星星，聊天說故事時，語言必不可少。最後，我們發明了音標的書寫方法，可以把我們發的音寫在紙上。只要把眼朝紙上一瞄，就可以在腦中聽到別人的說話——這個發明在最近數千年中廣為流傳，使我們幾乎忘了，這是一項多麼奇妙而偉大的發明！
語言無法立即傳播到對方耳中。當我們發音時，我們發出的“行動波”，在空氣中以音速傳播。實際上，這傳播幾乎是瞬時完成，不花任何時間的。可是，你的喊聲只能傳播到一定的距離。很少有人可以用喊聲同另一個在100米外的人談話。
很久之前，世界上的人口還很稀少。我們很少需要同100米外的人談話。除了我們的家庭成員之外，幾乎沒有人會走近和我們交談。在人口稀少的情況下，若有人走近要和我們說話，我們的態度通常是敵對的。民族優越感——把我們自己的小社團，不論組員是誰，都視作比別人都要強，同時對陌生人產生厭惡感——這種對外人的“先開槍再問是誰”（19 世紀美國西部在開拓時，混亂不堪，無法無天，盜賊橫行。在盜賊橫行的地 方，看見可疑的人，就先掏出槍來，一看情形不對，就先向對方開槍，因此就流 行這句話 Shoot first， ask questions later，類似中國對付無法無天惡霸的“先斬後奏” 法。——譯者注）的恐懼，已深植於我們心中。這不是人類特有的習性。所有的猿猴及猿人都有類似的行為。許多其他的哺乳類動物也有類似的行為。這種行為產生的原因，部分就在於語言可以傳播的距離太短了。
隔離創造不同的文化
如果與其他的人隔離了太久，我們就會逐漸朝不同的方向發展。例如，其他地區的戰士不穿戴在我們這裡流行的鷹羽毛飾，而穿戴豹貓皮。最後，他們的語言逐漸迥異於我們的。他們禮拜的神祇名字，以及崇拜的儀式也是我們陌生的，獻祭方式也完全不同。隔離能產生不同的文化。稀少的人口（指早期人類發展時期）和限制性極強的通訊方式一定會產生隔離。人類科（包括許多已絕種的人類系）——在數百萬年前，起源於一個非洲東部的小地區——逐漸流浪，分開，演變成不同的文化，最後，大家都變成了陌生人。
這種趨勢的反向扭轉——各種族之間重新建立熟識的關係，把遺失了的人類種族重新團聚，把各種族凝結起來——直到最近才開始發生，而發生的原因就是科技的發展。把馬變成家畜，可以讓我們去更遠的地方，或者把資訊傳播到數百千米外的遠方。帆船技術的進步，使我們可以到達地球上最遙遠的角落——雖然速度十分緩慢。18世紀時，從歐洲去中國，航行時間長達2年之久。可是，在那時候，雙方已經能互相派遣大使，交易經濟價值高的物品。當然，對18世紀的中國人來說，歐洲人的奇異程度，就和來自月球的人一樣，反之亦然。要把世界真正地凝聚在一起，消除世界地方主義，需要有比馬匹或帆船更快的運輸科技，同時，運輸的價格也要夠便宜，使每一個人偶爾也可以負擔得起。這類的科技始於應用海底電纜傳送電報的發明，以及在同一根電線上以電話通訊的發明。無線電、電視，及人造衛星通訊的發明，使得這種科技流傳極廣。
光速通訊
如今我們已經能夠——頻繁地，幾乎想也不想一下——以光速通訊。從倚賴馬匹或船隻來傳達資訊，到以光速傳播，資訊傳送的速度幾乎增加了10億倍。由於一個很基本的理由——已在愛因斯坦的相對論中以公式表明得很清楚了——我們知道以大於光速的速度進行通訊是不可能之事。在20世紀，我們就已經到達了這個極限。這項科技威力之強大，影響之深遠，是我們目前無法企及的。
我們在打越洋電話時，已經可以感覺到，從我們說話到對方開始反應前有一段空當時間。在這段空當時間中，我們的聲音以空氣為媒介傳到話筒，變成電訊號後，透過電線傳送到傳送站，傳送站再用大型碟形天線把微波變成微波柱，傳到同步衛星上去，這同步衛星再以它的小型碟形天線，把微波變成微波柱，射到接收站，再變成電訊號，經由電線再傳到我們的聽筒（也許這資訊是從半個世界外的遠方傳來的），這電訊號經放大後，在聽筒中振動了一片薄膜，轉換成了聲音，然後再以空氣為媒介，透過極短的距離傳到我們耳中，並由我們的耳朵變成電化學資訊傳到我們的大腦。我們這才瞭解這資訊的含義。
海王星（Neptune）
微波從天線傳送到同步衛星的來回時間是1/4秒左右。傳送站離接收站越遠，這段傳播時間也越長。在與登陸月球的阿波羅宇宙飛船通訊時，這段空當時間就很長。這是因為光（電磁波）從地球到月球的來往時間是2。6秒。一個位置佳的繞火星軌道的人造衛星發出的資訊，要經過20分鐘才能到達地球。1989年8月，我們接收到“旅行者2號”宇宙飛船從海王星（Neptune）傳來的圖片，上面顯示了海王星及其衛星呈弧狀半環的影像。這些圖片以數字方式儲存，並以光速傳送，也要5小時才能到達地球。這是人類有史以來的最遠距離通訊之一（阿波羅（Apollo，希臘的太陽神名）是美國在 20 世紀 60 年代登陸月球計劃的名稱， 所有去月球的火箭都以阿波羅為名。“阿波羅 11 號”是最先登陸成功的宇宙飛船。“旅行者”是行星際探險宇宙飛船。1976 年時，利用地球及所有行星幾乎都在同一 平面時的機會（約每 300 年有一次這麼同一平面排列的機會），美國國家航空航天 局發射出“旅行者 1 號”及“旅行者 2 號”宇宙飛船，送去探測太陽系中的行星 及其衛月。直到 1989 年，它們才抵達了海王星。如今我們對太陽系中行星的知識 幾乎全部來自這兩艘宇宙飛船的探測。現在這兩艘宇宙飛船都已遠離太陽系中已知的行星，向銀河系更深處的星際空間前行。——譯者注）。
光波、光子、無介質傳播
從許多方面看來，光是一種波。例如，假想光在一間暗室中經過兩個平行窄縫的景象。光透過這兩個窄縫後，投射在螢幕上的影像如何？答案是：窄縫。更正確的答案是：一系列窄縫影像。這些影像被稱作“干涉影象”（interference pattern）。光的傳播和子彈不同，光不會經過這窄縫後還沿直線傳播。與此相反，光經過窄縫後，以波的方式從這二個窄縫散播出來，向各角度發散。光的波峰射到的地方，就是亮的影像，叫作“相長干涉”（constructive interference）；波谷射到的地方，就是暗的影像，叫作“相消干涉”（destructive interference），這種干涉現象就是光的特性。在碼頭上，穿過木柱排中兩個空隙處的波，相遇時也會產生這種干涉現象。
光子（photon）
可是，光也能像連發子彈一樣地傳播，我們稱之為光子（photon）。普通常見的光電池（比如用在攝影機或光電式計算器中的電池）就是利用的這項原理。光子每撞擊到對光敏感的薄面就會釋放出一個電子；許多光子就會放出許多電子，形成電流。光怎麼能同時又是波又是光子（粒子）？也許我們不應當把光看成我們日常經驗裡的現象，如波或粒子等，而應視之為我們日常生活中從未經歷過的另一種新東西，既不是波也不是粒子：在某種場合下，它顯示出波的性質，而在另一種場合下，它也可以顯示出粒子的特性。我們可以將這種波和粒子的雙重特性看成一種使人類學會謙卑的事實——自然界不是經常按我們人類的習性、癖性或愛好行事的。我們自認為很正常的想法不見得就是大自然的做法。
可是，在許多方面，光和聲波很類似。光波也是三維的，上下左右傳播。也有一個頻率，一個波長，一個速度（光速）。很奇怪的是，光傳播時不需要一個媒介（如聲音需要空氣來傳播）。從太陽射出的光，以及從遠處星球放出的光，幾乎可以穿過真空相隔的空間傳播到地球上。在太空中，航天員如果不用無線電通訊，就無法聽到其他航天員的聲音。可是，他們可以很清晰地看到其他航天員。如果他們很靠近，近到兩位航天員的頭盔都碰到了，他們才可以聽到對方的說話（能夠聽到的原因是，一位航天員發出的聲音，振動了頭盔的外殼，如果這二人的 頭盔接觸到了，第一人頭盔的振動傳到第二人的頭盔，他的頭盔外殼也振動了， 這振動傳到第二人的頭盔中，就變成了聲音。——譯者注）。如果把房間中的空氣都抽掉，你就聽不見他們叫苦的聲音，雖然你還是可以看得到他們在喘氣和敲打門窗的動作。
一種顏色對應一個頻率
一般的可見光——就是我們平常看得到的那種光——頻率非常高，每秒約有600萬億的光波射入你的眼球中。然而，光的速度是每秒300億（3×1010）釐米（或每秒30萬千米），因此可見光的波長約為0。00005釐米［光速除以頻率，即（3×1010）/（6×1014）=0。5×10-4（釐米）］，小到我們看不出來（即使我們確實有辦法像水波一樣看到光波）。
不同頻率的聲音，在人耳聽來，就是不同音調的聲音。人眼對不同頻率的光的感覺，就是不同的色彩。紅光的頻率約為460兆赫茲（每秒4。6×1012個波），紫光的頻率為710兆赫茲（每秒7。1×1012個波）。在紅紫之間的就是我們熟知的彩虹顏色。每一種顏色對應一個頻率。
問顏色對天生眼盲者的意義，就猶如問音調對天生耳聾者的意義。這個問題唯一的明確答案就是波的頻率——此頻率可以用光學的方法準確地測量出來。得到資料後，如果我們願意，就可以將不同音調的樂音或不同顏色表示出來。一位盲者，如果施以訓練，本身又對物理有相當的知識，也可以區分蘋果的玫瑰紅和血液的紅色。只要具備一個收集了許多光譜的適當檔案，這位盲者也許對色彩的分辨本領，要遠甚於一位未經訓練的視力正常者。當然，對一位視力正常者來說，看見460兆赫茲紅光波時，心中可能會升起一股特殊的感受。可是，除了這種感情上對460兆赫茲光波的感受以外，其餘就沒有什麼不同了。雖然有美的因素，可是並沒有其他的任何奇蹟。就和我們聽不到很高及很低的音調一樣，也有些光波的頻率或色彩，超出我們的視覺範圍。這些看不見的光的頻率可以很高（比如，伽馬射線的頻率就在100萬兆赫茲左右），也有更低的（如在1赫茲以下——每秒波峰的數目少於1的長電磁波）。從高頻率往低頻率下移，各種光波的名稱依序是：伽馬射線、X射線（X光）、紫外線、可見光、紅外線和無線電波。這些都是可以穿過真空的波。每一種都是和可見光一樣的光。
上述的每一種光都有一種與之對應的天文理論。天空迴應每一種光的形態都不同。發亮的星星在伽馬射線的波段往往是看不到的。而用伽馬射線觀測臺能探測到的，到現在還是謎一樣狀態的伽馬射線爆源（放射性物質（radioactive material）會放出三種不同的射線，伽馬射線（γ ray）是 其中之一，另外兩種是 α 線（高能氦原子核）和 β 線（高能電子）。後來人們才 知道伽馬射線是波長很短的 X 光，如今這名稱已經被用來描述所有比普通 X 光波 長短的輻射。伽馬射線爆源是最近被研究天文的人造衛星發現的。突然之間，有 許多的強大及波長短的伽馬射線來自空中某一地區，大約經過數小時，最多數日 後，伽馬射線的放射就突然停止了。就像是爆炸後放射出的一樣，爆過一次以後， 同一爆源就不再放出伽馬射線。有許多這樣的爆源，幾乎很均勻地分佈在天空中， 沒有一定的方向性。這種爆源大約是早期宇宙起源時候形成的天體，可是到現在為 止，科學家依然還不知道這種天體是什麼，它還是一個待解的謎團。——譯者注），在可見光中就毫無蹤影。如果只用可見光去看宇宙（在大部分的人類歷史中，我們就是這樣做的），我們就不可能知道天上有伽馬射線源這回事。同樣的還有X射線、紫外線、紅外線和無線電波（以及更為奇特的中微子、宇宙射線源，甚至是引力波源）（中微子（neutrino）是一種質量可能為零的中性粒子，加上物質的反應極小，因此 很難探測。可是它在宇宙中的地位卻很重要，它是組成宇宙萬物的基本粒子中的 一個。科學家在研究放射性物質放出的 β 線時發現。太陽中心的核反應所放射出 的能量中有 4% 是中微子。超新星爆炸時，大部分的能量都以中微子的形式放射 出來。中微子天文學創於 20 世紀 60 年代，將是 21 世紀天文學的主流之一。20 世 紀初（1941 年），物理學家在高空上測到高能的粒子，無以名之，乃稱為宇宙射線（cosmic rays）。這些高能粒子來自銀河系內種種星球的爆炸過程，最強大的宇宙射 線的能量比地球上任何人工製造的高能加速器加速出的能量都要高出許多級。雖 然宇宙射線在宇宙中很重要，可是數目稀少。而且因為能量太高，實驗也非常難 做。即使用佔地幾平方千米大小的儀器，也要很久才能探測到一個。愛因斯坦就 預測，引力波和超新星爆炸、星系爆炸，及宇宙起源有著密 切的關係，可是它的 探測過程十分困難——但仍有探測到的可能性。以上的幾種研究都將成為 21 世紀 天文研究的主流。——譯者注）。
人眼只感應可見光
我們對可見光有偏愛，甚至是可見光的盲目崇拜者。這是因為我們的眼睛只能看到可見光。如果我們的身體也能放射及接收到無線電波，古代祖先之間的通訊距離就可能更長；如果能放射及接收X光，我們的祖先也許就能看到植物及人類或其他動物的內部。既然如此，為什麼在演化的過程中，我們的眼睛不會演化到可以看見這些非可見光？
任何物體都會吸收某一頻率的光，而讓其他頻率的光透過。對此，每一種物質都各有其所好。光和化學之間似乎有著一種共鳴。有些頻率，例如伽馬射線，所有的物質都能不分青紅皂白地把這類光吞下。如果你有一個放射伽馬射線的手電筒，它放出的光經過空氣時就會被空氣吸收。從遙遠太空來的伽馬射線，一進入地球，就被高空的大氣吸收了，不能射到地球表面。在地面上，用伽馬射線去看天空，天空其暗無比，唯一的例外是在核武器的附近。如果你要看到我們銀河星系中心放出的伽馬射線，你一定要把你的儀器放到太空去。同樣地，要看到X光、紫外線，及大部分的紅外線，也要到太空去。可是，大部分物體對可見光的吸收都不太強。例如，空氣對可見光來說，真是太大方了，吸收極少。這就是為什麼我們的眼睛看到的是可見光，因為可見光可以穿過大氣射到我們所在的地方。如果你真的有能看見伽馬射線的視力，那麼你的這種視力在吸收伽馬射線的大氣中將毫無用處，世界在你眼裡只是一團漆黑。天擇自有其道理。
另一個我們得見可見光的原因是因為，太陽所放出的大部分能量，就在可見光範圍內。一般而言，一顆表面非常熾熱的星球放出的光基本在紫外線範圍內，一顆表面寒冷的星球放出的光基本在紅外線範圍內。可是太陽，從某種角度來看，只是一顆普通的星球，它放出的光基本在可見光範圍內。的確，人眼對光最敏感的頻率就是黃光，這也是太陽光最明亮的頻率。
是不是有這樣的可能性：居住在其他行星上的外星人，他們所看見的光的頻率和我們大不相同，而在其他的頻率範圍內呢？我認為這並不太可能。幾乎宇宙中的所有元素在可見光的頻率範圍內都是透明的，而在其他的頻率範圍內都是不透明的。除了一些表面溫度極低的寒冷星球以外，大多數星球放出的光也是在可見光範圍內最強。這看起來好像是一種巧合，星球發出的光正好在大多數物質對光最透明的波段。這種巧合不只發生在太陽系中，也發生在宇宙各處。這種巧合來自輻射的基本原理、量子物理，以及核物理的原理。也許偶爾會有例外，但我認為，如果真的有其他世界的外星人存在，他們的可見頻率範圍和我們不會相差太遠（我還是擔心一些“可見光沙文主義者”的存在會讓以下論調大行其道：像我們這 類視力在可見光範圍內的人，自然而然會認為全宇宙（任何外星人）都只能看到 可見光。在我們的歷史中流行著各種形式的偏袒行為（例如偏狹的國家主義、民 族主義、男性沙文主義、種族至上主義、某宗教至上主義等），因此，我有時也會 懷疑自己的這種推論是否有偏袒的成分在內。可是，再三檢討之後，我的結論是， 我的推論出自物理的原理，而非人類的自大。）。
黑白分明的謬誤
植物吸收紅光及藍光，把綠光反射出來，因此，對我們來說，植物呈現綠色。我們可以畫一個圖，顯示不同顏色的光的反射強度。有些吸收藍光而反射紅光的物體呈現紅色；有些吸收紅色而反射藍光的物體呈現藍色。如果一件物體把所有的光都反射了，那它看上去就是白色的。對灰色或黑色的物體說來，也是同樣的道理。白與黑的區別不在於顏色，而在於反射的光。這些用詞（字）都是相對的，而非絕對的。
也許自然界中最明亮的物體是新下的雪，它反射了75%的陽光。我們最常接觸到的最黑物體——例如，黑天鵝絨——只反射照上去的光的百分之幾。“黑白分明”這個詞，是一種概念上的錯誤比喻。“黑”與“白”基本上完全一樣，它們之間的區別在於反射了多少光，而非顏色上的不同。
人類中，多數“白”人的白並不像新雪的白（也不像冰箱外層塗漆的白），而大多數的“黑”人也不像黑天鵝絨一樣黑。這些名詞是相對的、含糊的、混淆不清的。面板的色素源自一種叫作黑色素（melanin）的有機化合物，這是人類身體的自然產物，來自人體的酪氨酸（tyrosine），是蛋白質中常見的氨基酸（aminoacid）的一種（面板的色素來自黑色素，由酪氨酸經過一系列化學反應後形成。酪氨酸是蛋白質 水解後，溶性最小的氨基酸，同時也是製造人體必需的腎上腺激素、甲狀腺激素 和黑色素的原料。氨基酸是蛋白質的基本結構。蛋白質是肌肉的主要組成成分。黑色素是人體為了保護面板而製造出的化合物。太陽光中的紫外線會誘發面板癌， 而黑色素吸收這種紫外線，因此日曬久後，面板變黑，就是人體自我保護的方法。黑人大多數來自赤道附近，陽光強烈的地區。本段的主要宗旨在於論述歐洲，特 別是美國，不應該歧視黑人（膚色歧視），因為這種做法沒有任何科學的根據。—— 譯者注）。白化症（albino）是一種遺傳疾病：由於身體無法制造黑色素，患者的面板和頭髮都是乳白色的，眼睛瞳孔呈現粉紅色。在自然界，白化症動物極為稀少，因為它們的面板對太陽幾乎沒有抵抗力。正因為它們沒有保護色，所以白化症動物的生存率不高。
在美國，幾乎所有的人都呈現棕色。我們的面板在光譜上，紅光一端的反射要比藍光一端的反射強些。因此，我們把面板中含有較多黑色素的人種稱為“有色人種”，就像把面板中含有較少量黑色素的人種稱作“漂白人種”一樣毫無道理。
只有在可見光和鄰近的頻率中，才有膚色反射率不同的區別。在紫外線及紅外線的頻率範圍內，北歐裔和非洲裔人一樣都呈黑色。只有在可見光的範圍內，一般物體對光呈現透明性，才有不正常的白膚色。在大部分其他頻率的光譜範圍內，所有的人類都呈現黑色（從 很 多 方 面 來 看 ，“ 非 裔 美 國 人 ”（ 或 其 他 類 似 名 詞 ， 如 “ 亞 裔 美 國 人 ”） 要 比 “ 黑 人”這個名詞更為恰當。“黑人”這名詞源自西班牙文的“Negro”，意思就是“黑 色”。早期美國把黑人叫作 Negro。現在人們認為這名詞帶有侮辱性，因而不再使用。）。
花顏魔法師:花青素
陽光是由彩虹中不同顏色的光構成的。論分量，黃光要比紅光或藍光多，因此，太陽略呈黃色。為什麼玫瑰花瓣呈現紅色？這是因為除了紅光外，其他的光都被花瓣吸收了。所有顏色的光都照到了玫瑰花瓣上，這些光在玫瑰花瓣中匆忙地反射來，反射去，最後再反射出來。就如在浴缸中的水波一樣，每一次反射，它的波幅就減少一些。藍光同黃光在歷次反射中被吸收的分量比紅光要大些。
經過許多次內部的反射後，反射出的紅光就比其他的光要多。正因如此，我們才能看到一朵美麗的玫瑰花。在藍色或紫色的花瓣中，光線反射的過程也是一樣的，不同的是紅色和黃色的光在多次的反射中，被吸收的分量超出藍色或紫色。由於這些顏色十分引人注目，因此這些花的名字都帶有這些色彩的名稱。
在玫瑰花或紫羅蘭的花瓣中，吸收顏色的是一種有機物。這種有機物被稱作花青素（anthocyanin）。
令人驚奇的是，在酸性液體中，花青素是紅色的；在鹼性液體中，它變成了藍色；在中性液（水）中，它又呈現紫色。因此，紅玫瑰是紅的，因為它的花瓣偏酸性；紫羅蘭是紫藍的，因為它的花瓣偏鹼性（我想用這幾句話湊成一首打油詩，可是沒成功）（作者指的是一首在西方很流行的愛情詩的第一行：Roses are red and violets are blue……——譯者注）。
在自然界中藍色素十分稀有，地球上極少出現藍色的岩石及沙粒就是個很好的證明。藍色素的結構一定非常複雜，比如花青素就是由20來個比氫重的元素所組成，並按一定的方式排列的化合物。
生物各自有一套利用色彩的獨到方法——吸收陽光，再經過光合作用，從空氣和水中製造食物；提醒母鳥雛鳥的咽喉部位；吸引異性；吸引一隻傳播花粉的昆蟲；用來保護及偽裝。人類則透過色彩，感受到喜悅及美。這些奇蹟之所以會出現，是因為地球上的物理規律、空氣中的化學反應，以及自然演化後形成的精緻結構。這種結構讓人類和環境能夠高度和諧地共存。
當我們研究其他的行星時，當我們研究它們的大氣或表面的化學成分時，我們依賴的是那些，與浴缸水波差不多的，光波的性質。因為所有我們看到的色彩——在地球上，或者在其他行星上——都和太陽光內的各波長的光如何被反射有關。我們可以浪漫地認為，太陽正撫愛著我們，它是神的注視。但如果你想對此有更深一層的瞭解，那就把光看成是和浴缸水龍頭滴下的水波類似的現象吧。
本文由出版社授權轉載
《億億萬萬：卡爾·薩根的科學沉思與人文關懷》
（美）卡爾·薩根 / 著
丘宏義 / 譯
啟真館·浙江大學出版社
2018年10月
經濟觀察報書評
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