¿Por qué somos capaces de diferenciar entre objetos de colores sin la presencia de la luz?

Parece que tienes muchos conceptos erróneos sobre cómo vemos y cómo se relaciona eso con la luz. Los abordaré una oración a la vez:

¿Por qué somos capaces de diferenciar entre objetos de colores sin la presencia de la luz?

Respuesta: la premisa de la pregunta es incorrecta: no podemos diferenciar los colores sin la presencia de la luz, porque no podemos ver sin la presencia de la luz. La luz es lo que nos permite ver. "Ver" es el acto de detectar la luz proveniente del entorno y usarla para derivar cómo es el entorno.

Los bastones nos ayudan a ver durante la oscuridad.

¿Suena un poco como si pensaras que las varillas nos ayudan a ver en la oscuridad... sin luz? Este no es el caso: AMBOS bastones y conos absorben la luz y por lo tanto nos permiten ver. Los bastones nos ayudan a ver con poca luz porque son más sensibles (¡a la luz!) que los conos. Nada puede ayudarnos a ver sin luz.

Podemos ver el color del objeto cuando refleja la luz.

¡Depende de la cantidad de luz que refleje! La forma correcta de esa oración es "Podemos ver el objeto cuando refleja la luz". (Aún más correcto sería "cuando refleja suficiente luz para activar los receptores de luz en nuestros ojos, es decir, bastones y conos). Si podemos ver su color depende de si refleja suficiente luz para activar los conos específicamente.

Pero en una habitación oscura (habitación de cualquier color pero la luz está apagada y es de noche), aún podemos diferenciar entre objetos de colores si abrimos los ojos durante algún tiempo (aunque no con mucha claridad).

Por cierto; esto se debe a que ninguna habitación está completamente a oscuras. Más aún en nuestro mundo iluminado artificialmente, pero incluso en una noche nublada sin luna, es posible que tengas algunos fotones errantes provenientes de las estrellas y el Sol (a través de la difusión en la atmósfera), luciérnagas, lo que sea; para ser justos en nuestro mundo iluminado artificialmente, no lo he experimentado. Por lo que sé, puedes obtener una verdadera oscuridad total en cosas como cuevas subterráneas (una vez que estés lo suficientemente lejos de una salida, por supuesto).

Básicamente, si puedes ver algo, entonces hay algo de luz. (bueno, aparte de las cosas de confabulación de su corteza óptica, que para ser justos lo hará).

¿Cómo se ven los colores cuando no hay luz?

Como espero que entiendas ahora, no lo son.

¿Vemos como el cerebro recuerda su color?

Creo que en realidad puede ser una de las razones por las que percibimos el color en entornos con poca luz. Estoy seguro de que algo de eso es que hay suficiente luz para activar un poco los conos, pero no subestimaría la capacidad de nuestro cerebro para mostrarnos el mundo tal como lo sabe, en lugar de la información que está recibiendo en este momento. dice que parece.

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Algunas referencias:

El estado de ver las cosas con tan poca luz que solo usamos los bastones se llama "visión escotópica":
https://en.wikipedia.org/wiki/Scotopic_vision

Algunas fuentes de cómo los ambientes "oscuros" aún contienen bajas cantidades de luz (una palabra para "cantidad de luz" es "iluminancia", medida en Lux):
http://www.engineeringtoolbox.com/light-level-rooms-d_708 .html
https://en.wikipedia.org/wiki/Aphotic_zone (gracias a @Johnny por esa)

ESPERALMENTE ULTIMA EDICION

Pensándolo bien, pensé en decir algo más sobre la visión escotópica, ya que es muy relevante para la pregunta. Resulta que la visión "escotópica" se opone a la visión "fotópica" (la visión que tenemos en plena iluminación, donde los conos hacen el trabajo porque los bastones están saturados), y en el medio hay un rango intermedio llamado visión "mesópica", que es probablemente el tipo de visión que experimentamos cuando está oscuro pero aún vemos el color (esto ignora que nuestro cerebro se llena de colores, lo que también podría ser un factor y, en ese caso, también podría ocurrir con la visión escotópica, pero no encontré cualquier fuente sobre eso).

La visión mesópica se usa en condiciones de iluminación que parecen variar desde poca iluminación interior o farolas hasta la luz de las estrellas; la visión escotópica se usa con luminancias más oscuras que eso. Esta página trata sobre eso e incluye un dibujo muy bonito, lamentablemente es un pdf, así que no puedo mostrarlo en la respuesta:

http://www.visual-3d.com/Education/LightingLessons/Documents/PhotopicScotopiclumens_4%20_2_.pdf