Цветное зрение
Как мы видим
Цвет — один из фундаментальных элементов восприятия мира. Представьте себе яркую униформу, логотипы известных брендов, волосы, глаза, кожу любимого человека. Но как именно мы видим? Когда мы смотрим, например, на спелый томат или зеленую краску, на самом деле наш глаз воспринимает свет, отраженный от поверхности этого объекта. Видимый спектр, изображенный на диаграмме на с. 14–15, составляет лишь небольшую часть полного спектра электромагнитных волн. Разные объекты имеют разный цвет потому, что в пределах видимого спектра волны одной длины они поглощают, а другой — отражают. Так, кожура томата поглощает большинство коротких и средних волн — оттенки синего, фиолетового, зеленого, желтого и оранжевого. Красные отражаются, воспринимаются нашим глазом и обрабатываются мозгом. Получается, что мы воспринимаем именно тот цвет, которым объект не обладает: это сегмент видимого спектра, отраженный, — «отторгнутый» объектом.
Попадая в глаз, свет проходит через естественную систему линз и падает на внутреннюю оболочку глаза — сетчатку. Она насыщена фоточувствительными клетками — палочками и колбочками (на вид они действительно напоминают палочки и колбочки). Основная тяжесть обеспечения человечества зрением ложится именно на палочки. В каждом глазу их примерно 120 миллионов, они чрезвычайно чувствительны и определяют разницу между светом и тьмой. А вот за восприятие цвета отвечают колбочки. Их у нас гораздо меньше — примерно по 6 миллионов в каждой сетчатке
[3]. Основное их количество сконцентрировано в центральной зоне, которая называется «желтым пятном». Большинство людей имеют колбочки трех разных типов, чувствительных к разной длине волны — 440, 530 и 560 нм. Примерно две трети от общего числа этих клеток восприимчивы к длинным волнам, поэтому «теплых» оттенков — желтых, красных, оранжевых — мы видим больше, чем «холодных». Примерно 4,5 % населения мира страдают дальтонизмом, или цветовой слепотой (они не способны различать цвета в той или иной мере); это связано с нарушениями в работе колбочек. Природа этого явления до конца не ясна, но обычно дальтонизм передается генетически, и чаще всего ему подвержены мужчины: эта особенность наблюдается у одного из двенадцати мужчин и только у одной из двухсот женщин. Колбочки людей с «нормальным» цветовосприятием активизируются под воздействием света, передают информацию по нервной системе в мозг, который интерпретирует эти сигналы как цветовые.
Звучит это просто, но на деле стадия интерпретации цвета — очень сложный процесс. Метафизический спор о том, существуют ли цвета на самом деле или являются лишь визуальным результатом нашего представления о них, продолжается с XVII века. Шквал недоуменных споров о черно-синем (или все же бело-золотом?) платье в соцсетях в 2015 году показал, насколько эта двойственность сбивает нас с толку.
Случай с платьем наглядно продемонстрировал особенности интерпретации цвета мозгом: одна половина наблюдателей видела один набор цветов, другая — совершенно другой. Это произошло, потому, что наш мозг обычно накапливает воспоминания о цветах в условиях естественного освещения и текстуры ткани. Оперирует накопленным он так, как будто находится в тех же условиях — вне зависимости от того, происходит это ясным днем или, допустим, под светодиодной лампой.
Эти воспоминания модифицируют наше восприятие подобно фильтрам для установки сценического света. Невысокое качество изображения и отсутствие визуальных «подсказок» (таких, как цвет кожи) на фотографии платья заставило мозг «достраивать» ее до того вида, который она имела бы при естественном освещении. Одни посчитали, что платье ярко освещено — их мозги «затемнили» цвета; другим показалось, что платье находится в тени, — их мозги «подсветили» изображение, проигнорировав темные оттенки синего. В результате масса пользователей Интернета увидела на одной и той же картинке два совершенно разных изображения.
Простая арифметика света
В 1666 году Великий лондонский пожар уничтожил центральную часть города. В том же году 24-летний Исаак Ньютон начал эксперименты с призмами и лучами солнечного света. С помощью призмы он разлагал луч белого света на составляющие его цветные лучи с разной длиной волны. Само по себе это не было революционным открытием — ко времени Ньютона разложение света уже стало салонным трюком. Но Ньютон сделал следующий шаг, навсегда изменив наше представление о свете: с помощью другой призмы он собрал разноцветные лучи обратно — в один пучок.
До той поры считалось, что радуга, «выходящая» из призмы, расположенной на пути светового луча, образуется за счет примесей, содержащихся в стекле. Чистый белый солнечный свет почитался даром Божьим. Предположить, что его можно разложить на составляющие или — еще хуже — воссоздать, совместив разноцветные лучи, было немыслимо. В Средние века смешение цветов вообще было под запретом — считалось, что оно противоречит естественному порядку вещей. Даже во времена Ньютона идея, что смешение цветов может создать белый цвет, грозила анафемой.
Художников того времени мысль о том, что белый — это комбинация множества разных цветов, тоже озадачила бы, но по другим причинам. Как знает каждый, кто хотя бы раз имел дело с красками, чем больше цветов смешать, тем темнее будет получившийся. Считается, что Рембрант получал свои сложные, темные тени шоколадного оттенка, просто соскребывая остатки всех красок со своей палитры, смешивая их и перенося полученный колер на холст — настолько много различных пигментов обнаруживается при анализе цветовых слоев его живописи
[4]. Ответ на вопрос, почему смешивание цветов спектра дает белый цвет, а смешивание красок — черный, лежит в области знаний оптики.
Существует два способа смешения цветов — аддитивный и субтрактивный. При аддитивном смешении световые волны разной длины объединяются, создавая новые цвета; результатом их сложения в конце концов становится белый свет. Именно это демонстрировал Ньютон в своих опытах с призмами.
Аддитивное смешение цветов. Цвета создаются путем смешивания цветных лучей. Смешение трех основных цветов дает белый.
