При аддитивном синтезе дополнительные цвета дают серый и белый цвета, поскольку сумма этих цветов представляет излучение всей видимой части спектра, а при субтрактивном синтезе смесь этих цветов дает серый и черный цвета, поскольку слои этих цветов поглощают излучение всех участков спектра.
Что такое свет: состав, свойства, цветовой спектр видимого излучения
Человек сталкивается с природным явлением света с первых минут своего рождения. В течение жизни это воспринимается как нечто естественное. На самом деле, видимый свет (а также невидимый глазу свет) — это сложное физическое явление, которое изучалось многими учеными на протяжении веков.
С физической точки зрения, существует два способа проявления света:
- Как электромагнитная волна (волновая теория света).
- Как поток частиц (корпускулярная или эмиссионная теория).
Согласно первой теории, свет — это электромагнитное излучение (как радиоволны). Вторая теория утверждает, что световое излучение — это поток частиц, обладающих импульсом (как шарики, летящие сквозь пространство).
Электромагнитная теория, объясняющая определенные свойства и явления, была впервые предложена Максвеллом. Позже он был доработан Юнгом и Френелем.
На рубеже 19 и 20 веков стало ясно, что не все явления можно объяснить с помощью волновой теории. Для некоторых явлений свет проявлялся как поток частиц. Эти частицы были названы фотонами. Световое излучение также изучалось с этой точки зрения. Альберт Эйнштейн также был сторонником теории частиц.
Согласно современному пониманию, эти две теории не противоречат, а дополняют друг друга. Некоторые световые явления объясняются с помощью волновой теории, другие — с помощью теории частиц.
Например, цветовые различия, воспринимаемые глазом, а также такие явления, как дифракция и интерференция, объясняются с помощью волновой теории. Однако законы геометрической оптики можно объяснить более просто и логично с помощью теории частиц.
Некоторые физические явления (например, давление света) можно объяснить с помощью обеих теорий.
Из чего состоит свет
Согласно современным представлениям, свет состоит из частиц — фотонов (реже используется термин световые кванты). Это название было введено американцем Гилбертом Ньютоном Льюисом. Излучение света от источника сводится к испусканию большого количества фотонов.
С точки зрения современной физики, фотон не имеет размеров, внутренней структуры и массы покоя. Последнее означает, что частица света может существовать, только если она движется со скоростью света — около 300 000 км/с. Эта скорость постоянна в любой системе отсчета. Эта скорость постоянна в любой системе отсчета до тех пор, пока фотон движется в вакууме. Когда он попадает на непрозрачный физический объект, квант света либо отражается, либо поглощается. Фотон является электрически нейтральной частицей, что означает, что его заряд равен нулю.
Глобальным эталоном является расстояние, которое свет проходит за 1/299 792 458 секунды.
Основные характеристики и свойства света
Поскольку свет — это электромагнитное излучение (как радиоволны, только с очень высокой частотой), он обладает теми же свойствами, что и любой колебательный процесс:
В оптике, как и в других областях физики, для обозначения длины волны света используется буква λ, а частота света обозначается как латинской буквой f, так и греческой буквой n (ню).
Вместо частоты света для видимого излучения удобнее использовать длину волны, которая связана с частотой соотношением λ=c/n, где c — скорость света в метрах в секунду. Чем выше частота, тем короче длина волны.
Большинство источников света излучают большое количество фотонов с хаотически изменяющейся фазой. Только лазер «испускает» сегменты световых волн («буксиры»), которые находятся в одной и той же фазе. В этом случае излучение называется когерентным.
Содержание
Цветовое колесо Ньютона из его книги «Оптика» (1704), показывающее связь между цветами и музыкальными нотами. Цвета спектра от красного до фиолетового разделены нотами, начиная с D. Круг образует полную октаву. Ньютон сопоставил красный и фиолетовый концы спектра, подчеркивая, что фиолетовый цвет образуется при смешивании красного и фиолетового.
Первые объяснения видимого спектра были даны Исааком Ньютоном в его книге «Оптика» и Иоганном Гете в его «Теории цветов», но еще до них Роджер Бэкон наблюдал оптический спектр в стакане воды. Только четыре века спустя Ньютон открыл рассеяние света призмами. 7.
Ньютон первым использовал слово «спектр» (лат. spectrum — видеть, появляться) в 1671 году при печатном описании своих оптических экспериментов. Он сделал наблюдение, что когда луч света падает на поверхность стеклянной призмы под углом к поверхности, часть света отражается, а часть проходит через стекло, создавая различные цветовые полосы. Он предположил, что свет состоит из потока частиц (частиц) разных цветов и что частицы разных цветов движутся с разной скоростью в прозрачной среде. Он предположил, что красный свет движется быстрее, чем фиолетовый, поэтому красный луч в призме отклоняется не так сильно, как фиолетовый. Это послужило причиной появления видимого цветового спектра.
Ньютон разделил свет на семь цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый. Он выбрал число семь из убеждения (заимствованного у греческих софистов), что существует связь между цветами, музыкальными нотами, объектами в Солнечной системе и днями недели. 8 9 Человеческий глаз относительно нечувствителен к частотам цвета индиго, поэтому некоторые люди не могут отличить его от синего или фиолетового. Поэтому после Ньютона часто предлагалось считать индиго не самостоятельным цветом, а лишь оттенком фиолетового или синего (но все же частью спектра в западной традиции). В русской традиции индиго соответствует синему цвету.
В отличие от Ньютона, Гете считал, что спектр возникает в результате суперпозиции различных компонентов света. Наблюдая широкие лучи света, он обнаружил, что при прохождении через призму края луча имеют красно-желтые и синие края, между которыми свет остается белым, а спектр появляется, когда эти края приближаются достаточно близко друг к другу.
В 19 веке, после открытия ультрафиолетового и инфракрасного излучения, наше понимание видимого спектра стало более точным.
В начале 19 века Томас Юнг и Герман фон Гельмгольц также исследовали связь между видимым спектром и цветовым зрением. Их теория цветового зрения правильно предполагала, что глаз использует три различных типа рецепторов для определения цвета.
Характеристики границ видимого излучения
| Длина волны, нм | 740 | 380 |
| Энергия фотона, Дж | 2,61-1 0-19 | 4,97-1 0-19 |
| Энергия фотона, эВ | 1,6 | 3,1 |
| Частота, Гц | 3,94-10 14 | 7,49-10 14 |
| Волновое число, с м-1 | 1,32-10 4 | 2,50-10 4 |
Когда луч белого света рассеивается призмой, создается спектр, в котором излучение различных длин волн преломляется под разными углами. Цвета, являющиеся частью спектра, т.е. цвета, которые могут быть получены световыми волнами одной длины (или очень узкого диапазона), называются спектральными цветами. 10 Наиболее важные спектральные цвета (которые имеют собственное название) и эмиссионные характеристики этих цветов перечислены в таблице:
| Цвет | Диапазон длин волн, нм | Диапазон частот, нм (нм) Диапазон частот, ТГц | Диапазон энергии фотонов, эВ |
|---|---|---|---|
| Виолетта | 380-440 | 790-680 | 2,82-3,26 |
| Голубой | 440-485 | 680-620 | 2,56-2,82 |
| Голубой | 485-500 | 620-600 | 2,48-2,56 |
| Зеленый | 500-565 | 600-530 | 2,19-2,48 |
| Желтый | 565-590 | 530-510 | 2,10-2,19 |
| Апельсин | 590-625 | 510-480 | 1,98-2,10 |
| Красный | 625-740 | 480-400 | 1,68-1,98 |
См. также
- ↑ Thomas J. Bruno, Paris D. N. Svoronos. CRC Handbook of Fundamental Spectroscopic Correlation Charts. — CRC Press, 2005.
- ↑ Б. И. Степанов. Введение в химию и технологию органических красителей. 2-е изд. — М.: «Химия», 1977.
- ↑ ГОСТ 7601-78. Физическая оптика. Термины, буквенные обозначения и определения основных величин
- ↑ Фотокинотехника: Энциклопедия / Главный редактор Е. А. Иофис. — М .: Советская энциклопедия, 1981.
- ↑ Cuthill Innes C Ultraviolet vision in birds // Advances in the Study of Behavior / Peter J.B. Slater. — Oxford, England: Academic Press. — Vol. 29. — P. 161. — ISBN 978-0-12-004529-7
- ↑ Jamieson Barrie G. M. Reproductive Biology and Phylogeny of Birds. — Charlottesville VA: University of Virginia. — P. 128. — ISBN 1578083869
- ↑ Coffey Peter The Science of Logic: An Inquiry Into the Principles of Accurate Thought. — Longmans, 1912.
- ↑ Hutchison, Niels Music For Measure: On the 300th Anniversary of Newton’s Opticks. Colour Music (2004).Архивировано из первоисточника 20 февраля 2012.Проверено 11 августа 2006 года.
- ↑ Newton Isaac Opticks. — 1704.
- ↑ Thomas J. Bruno, Paris D. N. Svoronos. CRC Handbook of Fundamental Spectroscopic Correlation Charts. CRC Press, 2005.
| Электромагнитный спектр | |
|---|---|
| Гамма-излучение | рентгеновские лучи | ультрафиолет | видимый свет | инфракрасное излучение | терагерцовое излучение | микроволны | радиоволны | |
| видимый спектр | фиолетовый | синий | голубой | зеленый | желтый | оранжевый | красный |
| Микроволновые печи | W | V | Q | Ka| K | Ku| X | C | S | L |
| Радиоволны | KVH/EHF | WVH/SHF | UVH/UHF | OVH/VHF | HH/HF | HH/MF | NH/LF | ONH/VLF | INH/ULF | SNH/SLF | KNH/ELF |
| Длины волн | очень короткая длина волны | короткая длина волны | средняя длина волны | длинная длина волны |
Фонд Викимедиа. 2010 .
Глаз и ухо человека воспринимают излучения по-разному
Согласно гипотезе Юнга-Гельмгольца, наши глаза имеют три независимых светочувствительных рецептора, которые реагируют на красный, зеленый и синий цвета соответственно. Когда цветной свет попадает в глаз, эти рецепторы стимулируются в соответствии с интенсивностью цвета, содержащегося в наблюдаемом свете. Каждая комбинация стимулированных рецепторов вызывает определенное цветовое ощущение. Диапазоны восприятия этих трех рецепторов перекрываются. Поэтому одно и то же цветовое ощущение может быть вызвано различными комбинациями цветных световых излучений. Человеческий глаз постоянно складывает стимулы, и конечным результатом восприятия является сумма. Следует также отметить, что человеку очень трудно, если вообще возможно, определить, видит ли он источник света или объект, отражающий свет.
Если глаз можно считать идеальным лектором, то ухо — идеальный анализатор, обладающий фантастической способностью анализировать и расчленять вибрации, составляющие звук. Ухо музыканта может без малейшего труда различить, на каком инструменте играется та или иная нота, например, на флейте или фаготе. Каждый из этих инструментов имеет свой собственный тембр. Однако, если проанализировать звучание этих инструментов с помощью подходящего слухового аппарата, можно обнаружить, что комбинации обертонов инструментов несколько отличаются друг от друга. На основании одного только инструментального анализа трудно однозначно сказать, с каким инструментом мы имеем дело. На слух инструменты безошибочно узнаваемы.
Глаз и ухо намного превосходят по чувствительности самые современные электронные устройства. Глаз сглаживает мозаичную структуру света, а ухо воспринимает звуки (вариации тона).
Если бы глаз был аналитиком, как ухо, то, например, белая хризантема показалась бы нам хаосом красок, фантастической игрой всех цветов радуги. Предметы представляются нам в разных оттенках (тонах). Зеленая ягода и зеленый лист, которые обычно кажутся нам одинакового зеленого цвета, будут окрашены в разные оттенки. Факт, что человеческий глаз одинаково воспринимает зеленый цвет в различных комбинациях изначально окрашенных световых лучей. Гипотетический глаз, обладающий аналитическими способностями, сразу бы распознал эти различия. Но реальный человеческий глаз складывает их, и одна и та же сумма может иметь много разных слагаемых.
Хорошо известно, что белый свет состоит из целого спектра цветов спектра излучения. Мы называем его белым, потому что человеческий глаз не способен разделить его на отдельные цвета.
Поэтому, в первом приближении, мы можем предположить, что объект, например, красная роза, имеет такую окраску, потому что отражает только красный цвет. Другой объект, например, зеленый лист, считается зеленым, потому что он отделен от белого светло-зеленым цветом и отражает только этот цвет. Однако на практике ощущение цвета связано не только с избирательным отражением (пропусканием) объекта падающим или излучаемым светом. На воспринимаемый цвет сильно влияет хроматическое окружение объекта, а также вещество и состояние воспринимающего.
Цвет можно только видеть
Когда человек не имеет ничего общего со зрением, при взгляде на мир все кажется одинаковым. С другой стороны, когда человек учится видеть, ничто не выглядит одинаково каждый раз, когда он это видит, хотя оно остается тем же самым.
Цвета, полученные в результате воздействия естественных световых стимулов, обычно воспринимаются по-разному, если состав стимула отличается. Однако цвет также зависит от ряда других условий, таких как степень адаптации глаза, структура и степень сложности поля зрения, а также состояние и индивидуальные характеристики наблюдателя. Число возможных комбинаций мозаики из отдельных световых стимулов намного больше, чем число различных цветов, которое оценивается примерно в 10 миллионов.
Из этого следует, что любой воспринимаемый цвет может быть создан большим количеством стимулов с различным спектральным составом. Это явление называется метамеризмом цвета. Таким образом, восприятие желтого цвета может быть вызвано либо монохроматическим излучением с длиной волны около 576 нм, либо комбинированным стимулом. Композитный стимул может состоять из смеси излучения с длиной волны более 500 нм (цветная фотография, печать) или из комбинации излучения с длиной волны, соответствующей зеленому или красному цвету, в котором полностью отсутствует желтая часть спектра (телевизор, экран компьютера).
Как человек видит цвет, или Гипотеза C (B+G) + Y (G+R)
Человечество выдвинуло множество гипотез и теорий о том, как люди видят свет и цвет, некоторые из них были описаны выше.
В этой статье была предпринята попытка объяснить цветовосприятие человека на основе вышеупомянутого цветоделения и технологий печати, используемых в полиграфической промышленности. Гипотеза основана на предположении, что человеческий глаз не является источником излучения, а выступает в роли окрашиваемой поверхности, которая освещается светом, и что световой спектр делится на три области: синюю, зеленую и красную. Считается, что человеческий глаз содержит несколько фоторецепторов одного типа, которые образуют мозаичную поверхность глаза, воспринимающую свет. Основная структура одного из рецепторов показана на рисунке.
Рецептор состоит из двух частей, которые функционируют как единое целое. Каждая часть содержит пару рецепторов: синий и зеленый, зеленый и красный. Первая пара рецепторов (синий и зеленый) окружена синей мембраной, а вторая (зеленый и красный) — желтой. Эти мембраны действуют как светофильтры.
Рецепторы соединены друг с другом проводниками световой энергии. На первом уровне синий рецептор соединен с красным рецептором, синий рецептор — с зеленым рецептором, а зеленый рецептор — с красным рецептором. На втором уровне эти три пары рецепторов соединяются в одну точку («соединение звездой», как при трехфазном токе).
Схема работает по следующим принципам:
— Синий фильтр пропускает синий и зеленый свет и поглощает красный,
— Желтый фильтр пропускает зеленый и красный свет и поглощает синий свет,
— Рецепторы реагируют только на одну из трех областей светового спектра — синюю, зеленую или красную,
— Два рецептора реагируют на зеленые лучи, которые находятся за синим и желтым светофильтрами, поэтому чувствительность глаза выше в зеленой области спектра, чем в синей и красной (это соответствует экспериментальным данным о чувствительности глаза),
— В зависимости от интенсивности падающего света, каждая из трех связанных пар рецепторов развивает энергетический потенциал, который может быть положительным, отрицательным или нулевым. Когда потенциал положительный или отрицательный, рецепторная пара передает информацию об оттенке, в котором доминирует излучение одной из двух полос. Когда энергетический потенциал генерируется световой энергией только одного из рецепторов, воспроизводится один из цветов одной полосы — синий, зеленый или красный. Нулевой потенциал соответствует равным пропорциям излучений двух полос, так что в результате получается один из цветов двух полос: желтый, пурпурный или голубой. Если все три пары рецепторов имеют нулевой потенциал, воспроизводится один из оттенков серого (от белого до черного), в зависимости от степени адаптации,
— Если энергетические потенциалы в трех парах рецепторов различны, серая точка должна воспроизвести цвет, в котором преобладает один из шести цветов — синий, зеленый, красный, голубой, пурпурный или желтый. Однако этот оттенок является либо белым, либо черным, в зависимости от общего уровня световой энергии для всех трех рецепторов. Поэтому воспроизводимый цвет всегда содержит ахроматический компонент (уровень серого). Этот уровень серого, усредненный по всем рецепторам глаза, определяет адаптацию (чувствительность) глаза к условиям восприятия,
— Со временем, когда низкоэнергетические потенциалы (соответствующие слабым оттенкам или цветам со слабой цветностью, близкой к ахроматичности) генерируются в большинстве рецепторов глаза, они уравновешиваются и дрейфуют в сторону серого или в сторону доминирующего цвета памяти. Исключением является использование сравнительного цветового эталона или сопоставление этих возможностей с запоминающимся цветом,
Видимое излучение в астрономии
Видимый свет от горячих объектов, таких как звезды, можно использовать для определения их температуры.
Например, температура поверхности Солнца составляет около 5800 0 Кельвинов или 5527 0 градусов Цельсия.
Излучаемая энергия имеет максимальную длину волны около 550 нм, которую мы воспринимаем как видимый белый (или слегка желтоватый) цвет. Если бы температура поверхности Солнца была ниже, около 3000 0С, оно имело бы красноватый цвет, как звезда Бетельгейзе. Если бы она была теплее, около 12000 0С, она казалась бы голубоватой, как звезда Ригель.
Звезда Бетельгейзе
Звезда Ригель
Астрономы также могут определить, из какого материала сделаны объекты, поскольку каждый элемент поглощает свет на определенных длинах волн, называемых спектрами поглощения. Зная спектры поглощения элементов, астрономы могут использовать спектроскопы для определения химического состава звезд, облаков газа и пыли и других удаленных объектов.
Бинокулярное и Стереоскопическое зрение
Оптический анализатор человека обычно видит бинокулярно, т.е. двумя глазами с единым зрительным восприятием. Основным рефлекторным механизмом бинокулярного зрения является рефлекс слияния изображений (фузионный рефлекс), который возникает, когда оба глаза одновременно стимулируют функционально различные нервные элементы сетчатки. Это приводит к нормальному двоению в глазах, когда объекты находятся ближе или дальше от фиксированной точки (бинокулярного фокуса). Это нормальное удвоение (фокусировка) помогает оценить расстояние объекта от глаза и создает ощущение рельефности или стереоскопического зрения.
При наблюдении одним глазом восприятие глубины (расстояние до рельефа) в первую очередь основывается на вторичных признаках расстояния (видимый размер объекта, линейная и воздушная перспектива, закрытие одних объектов другими, постановка глаз и т.д.) 1.
Пути зрительного анализатора 1 — левая половина поля зрения, 2 — правая половина поля зрения, 3 — глаз, 4 — сетчатка, 5 — зрительные нервы, 6 — глазодвигательный нерв, 7 — хиазма, 8 — зрительный тракт, 9 — латеральное тело черепа, 10 — верхний четырехглавый бугор, 11 — неспецифический зрительный тракт, 12 — зрительная кора.2
Человек видит не глазами, а глазами, от которых информация передается по зрительному нерву, зрительной хиазме и зрительным путям в определенные области затылочной доли коры головного мозга, где формируется образ внешнего мира, который мы видим. Все эти органы образуют наш зрительный анализатор или зрительную систему.5
Изменение зрения с возрастом
Формирование элементов сетчатки начинается на 6-10 неделе внутриутробного развития, а окончательное морфологическое созревание происходит в возрасте 10-12 лет. По мере развития организма ребенка значительно изменяется и его цветовосприятие. У новорожденных детей только палочки в сетчатке функционируют, обеспечивая черно-белое зрение. Количество шишек небольшое и незрелое. Распознавание цвета в раннем возрасте зависит от яркости, а не от спектральных свойств цвета. По мере созревания колбочек дети сначала различают желтый, затем зеленый и, наконец, красный цвета (в 3 месяца у них вырабатываются условные рефлексы на эти цвета). Колбочки начинают полноценно функционировать в конце третьего года жизни. В школьном возрасте повышается чувствительность глаз к цветам. Цветовая чувствительность достигает пика в возрасте 30 лет, а затем постепенно снижается.
Глазное яблоко новорожденного имеет диаметр 16 мм и весит 3,0 г. Глазное яблоко продолжает расти и после рождения. Самый сильный рост происходит в первые 5 лет жизни, самый слабый — до 9-12 лет. Форма глазного яблока у новорожденных детей более сферическая, чем у взрослых; около 90% из них имеют бинокулярную рефракцию.
Зрачок у новорожденных узкий. Из-за преобладающего тонуса симпатических нервов, иннервирующих мышцы радужки, зрачки расширяются в возрасте 6-8 лет, увеличивая риск солнечного ожога сетчатки. В возрасте 8-10 лет зрачок сужается. К 12-13 годам скорость и интенсивность реакции зрачка на свет такие же, как у взрослых.
У новорожденных и детей дошкольного возраста хрусталик глаза более изогнутый и эластичный, чем у взрослых, и преломляющая сила у них выше. Это позволяет ребенку видеть четко на меньшем расстоянии от глаза, чем взрослому. Хрусталик младенца прозрачен и бесцветен, в то время как хрусталик взрослого имеет легкий желтый оттенок, который с возрастом может становиться более интенсивным. Это не влияет на остроту зрения, но может повлиять на восприятие синего и фиолетового цветов.
Сенсорные и моторные функции зрения развиваются одновременно. В первые дни после рождения движения глаз не синхронизированы, и один глаз может двигаться, а другой нет. Способность фиксировать взгляд на объекте развивается в возрасте от 5 дней до 3-5 месяцев.
Реакция на форму предмета наблюдается уже в возрасте 5 месяцев. У детей дошкольного возраста первую реакцию вызывает форма предмета, затем его размер и, наконец, цвет. С возрастом острота зрения повышается, улучшается стереоскопическое зрение. В возрасте 17-22 лет стереоскопическое зрение достигает своего оптимума, а в возрасте 6 лет стереоскопическая острота зрения у девочек выше, чем у мальчиков. Поле зрения значительно увеличивается. К 7 годам оно составляет около 80% поля зрения взрослого человека.11,12
После 40 лет наблюдается снижение периферического зрения, то есть сужение поля зрения и ухудшение бокового зрения. Примерно с 50 лет выработка слезной жидкости уменьшается, поэтому глаза становятся менее влажными, чем в более молодые годы. Чрезмерная сухость может проявляться в виде покраснения, рези и слезотечения глаз при контакте с воздухом или ярким светом. Это может не зависеть от физиологических факторов (частое напряжение глаз или загрязнение воздуха).
С возрастом человеческий глаз начинает воспринимать окружающую среду слабее, контрастность и яркость снижаются. Способность распознавать оттенки цвета, особенно близкие к цвету, также может ухудшиться. Это напрямую связано с уменьшением количества клеток сетчатки, отвечающих за восприятие оттенков, контраста и яркости. 14,15
Восприятие цвета
Психология цветовосприятия — это способность человека воспринимать, распознавать и называть цвета.
Восприятие цвета зависит от комплекса физиологических, психологических и культурно-социальных факторов. Первоначально цветовосприятие исследовалось в рамках науки о цвете, но позже к этой проблеме обратились этнографы, социологи и психологи.
Зрительные рецепторы справедливо называют «частью мозга, которая выступает на поверхности тела». Бессознательная обработка и коррекция зрительного восприятия обеспечивает «правильность» зрения, а также является причиной «ошибок» в оценке цвета при определенных обстоятельствах. Например, если отключить «подсветку» глаза (например, при взгляде через узкую трубу на удаленные предметы), то цветовое восприятие этих предметов значительно меняется.
Одновременный просмотр одних и тех же несамосветящихся объектов или источников света разными наблюдателями с нормальным цветовым зрением в одинаковых условиях просмотра обеспечивает неоспоримое соответствие между спектральным составом сравниваемого излучения и цветовосприятием, которое оно вызывает. На этом основано измерение цвета (колориметрия). Это соответствие является однозначным, но не взаимоисключающим: Одно и то же восприятие цвета может быть вызвано потоками излучения разного спектрального состава (метамеризм).
Существует множество определений цвета как физической величины. Но даже лучшие из них часто не упоминают, что эта (невзаимная) уникальность достигается только в стандартизированных условиях наблюдения, освещения и т.д., не учитывают изменения в восприятии цвета при изменении интенсивности излучения одного и того же спектрального состава (эффект Безольда-Брука), не учитывают так называемую цветовую адаптацию глаза и т.д. Поэтому цветовые восприятия, возникающие в условиях реального освещения, различных угловых размеров элементов по сравнению с цветом, их фиксации в разных участках сетчатки, различных психофизиологических состояний наблюдателя и т.д., всегда богаче хроматометрического цветового разнообразия.
Например, в колориметрии определенные цвета (такие как оранжевый или желтый), которые в повседневной жизни воспринимаются (в зависимости от их яркости) как коричневый, «загар», коричневый, «шоколадный», «оливковый» и так далее. В одной из лучших попыток определения цвета, которая принадлежит Эрвину Шредингеру, трудности снимаются простым отсутствием каких-либо ссылок на зависимость восприятия цвета от многих конкретных условий наблюдения. Согласно Шредингеру, цвет — это свойство спектрального состава излучения, которое является общим для всего излучения, не воспринимаемого человеком визуально. 6
В силу природы глаза свет, создающий один и тот же цвет (например, белый), т.е. одинаковую степень стимуляции трех зрительных рецепторов, может иметь разный спектральный состав. В большинстве случаев люди не замечают этого эффекта, как будто они «угадывают» цвет. Это связано с тем, что спектры естественного и искусственного света, отраженного от одного и того же пигмента, могут значительно отличаться и вызывать разное восприятие цвета, даже если цветовая температура разного света совпадает.
Человеческий глаз воспринимает множество различных оттенков, но есть «запрещенные» цвета, которые недоступны глазу. Примером может служить цвет, в котором одновременно играют желтые и синие тона. Это происходит потому, что цветовое восприятие человеческого глаза, как и многое в нашем организме, основано на принципе противоположностей. В сетчатке есть специальные противоположные нейроны: Некоторые из них активируются, когда мы видим красный цвет, и подавляются, когда мы видим зеленый. То же самое происходит и с желто-синей парой. Таким образом, цвета красно-зеленой пары и сине-желтой пары оказывают противоположное воздействие на одни и те же нейроны. Если источник излучает оба цвета из пары, их воздействие на нейрон уравновешивается, и человек не видит ни один из цветов. Человек не только не может видеть эти цвета в обычных условиях, но и не может их представить.
Физиология рецепторов сетчатки
Восприятие цветов связано с работой колбочковых клеток в сетчатке глаза. Пигменты, содержащиеся в колбочках, поглощают часть падающего на них света и отражают остальной. Когда определенные спектральные компоненты видимого света поглощаются лучше, чем другие, мы воспринимаем объект как цветной.
Первичное распознавание цвета происходит в сетчатке глаза — в палочках и колбочках свет вызывает первичное возбуждение, которое преобразуется в электрические импульсы в коре головного мозга для окончательного формирования воспринимаемого оттенка.
В отличие от палочек, которые содержат родопсин, колбочки содержат белок йодопсин. Йодопсин — это общее название оптических пигментов в колбочках. Существует три типа йодопсина:
- хлоролаб («зелёный», GCP),
- эритролаб («красный», RCP) и
- цианолаб («синий», BCP).
Светочувствительный пигмент йодопсин, который содержится во всех колбочках глаза, согласно современным знаниям, также включает такие пигменты, как хлоролампий и эритролампий. Оба пигмента чувствительны во всем видимом спектре, но первый имеет максимум поглощения в желто-зеленой (максимум поглощения около 540 нм), а второй — в желто-красной (оранжевой) части спектра (максимум поглощения около 570 нм). Поразительно, что максимумы их поглощения лежат рядом друг с другом. Это не соответствует признанным «основным цветам» и не совместимо с основными принципами трехкомпонентной модели.
Третий гипотетический краситель, чувствительный к фиолетово-синей области спектра и предварительно названный Cyanolab, пока не найден.
Помимо того, что не было обнаружено различий между колбочками в сетчатке, не удалось обнаружить присутствие одного типа пигмента в каждой колбочке. Кроме того, было признано, что в колбочке одновременно присутствуют пигменты хлоролаб и эритролаб.
Неэллинские гены хлоролаба (кодируются генами OPN1MW и OPN1MW2) и эритролаба (кодируется геном OPN1LW) расположены на Х-хромосомах. Эти гены были выделены и изучены в течение длительного времени. Поэтому наиболее распространенными формами дальтонизма являются дейтеранопия (нарушения в образовании хлорофилла) (этим заболеванием страдают 6% мужчин) и протеронопия (нарушения в образовании эритробластов) (2% мужчин). Некоторые люди с нарушениями восприятия красного и зеленого цветов воспринимают другие цвета, например, хаки, лучше, чем люди с нормальным цветовосприятием.
Ген цианотипии OPN1SW расположен на хромосоме 7, поэтому тританопия (аутосомная форма дальтонизма с пониженным формированием цианотипии) является редким заболеванием. Человек с тританопией видит все в зеленом и красном цветах и не может различать предметы в сумерках.
Нелинейная теория зрения в двух частях
Согласно другой модели (нелинейная теория двухкомпонентного зрения С. Ременко), третий «гипотетический» голубой пигмент не нужен, палочка служит рецептором для синей части спектра. Это объясняется тем, что максимальная спектральная чувствительность палочки (из-за затухания содержащегося в ней родопсина) смещается из зеленой в синюю часть спектра, когда освещение достаточно яркое, чтобы различать цвета. Согласно этой теории, колбочка может содержать только два пигмента с соседними максимумами чувствительности: Хлоролампы (чувствительны к желто-зеленой части спектра) и Редолампы (чувствительны к желто-красной части спектра). Эти два пигмента были найдены и широко изучены очень давно. Конус представляет собой нелинейный датчик соотношения, который не только предоставляет информацию о соотношении красного и зеленого, но и выделяет желтую часть в смеси.
Глаза как показатель состояния
Глаза человека могут передавать много информации, когда он взаимодействует с другими людьми и окружающим миром. Глаза могут излучать любовь, пылать гневом, отражать радость, страх или тревогу, указывать на стресс или усталость. Глаза показывают, куда смотрит человек, заинтересован ли он чем-то или нет.
Например, если человек закатывает глаза при разговоре с кем-то, это может восприниматься совсем иначе, чем если он просто смотрит вверх. Большие глаза детей вызывают радость и веселье у окружающих. И состояние зрачков отражает состояние сознания, в котором находится человек в этот момент. Глаза — это мерило жизни и смерти, в универсальном смысле. Возможно, именно поэтому их называют зеркалом души.
Вместо заключения
В этом уроке мы изучили структуру зрительной системы человека. Конечно, мы опустили много деталей (это очень обширная тема и ее трудно уместить в один урок), но мы все же постарались передать материал так, чтобы вы получили общее представление о том, КАК видит человек.
Нельзя не заметить, что и сложность, и возможности глаза позволяют ему многократно превосходить даже самые передовые технологии и научные достижения. Глаз — наглядная демонстрация сложности технологии в мириадах нюансов.
Хотя хорошо и полезно знать структуру зрения, еще важнее знать, как восстановить зрение. Образ жизни, условия проживания и некоторые другие факторы (стресс, генетическая предрасположенность, вредные привычки, болезни и многое другое) часто способствуют тому, что с годами зрение ухудшается, то есть зрительная система начинает давать сбои.
Однако в большинстве случаев ухудшение зрения не является необратимым процессом — с помощью определенных методик этот процесс можно обратить вспять, и зрение человека может быть если не как у младенца, то наилучшим из возможных для каждого человека.
Проверьте свои знания
Если вы хотите проверить свои знания по теме этого урока, вы можете пройти короткую викторину из нескольких вопросов. Только один ответ может быть правильным для каждого вопроса. После того как вы выбрали вариант, система автоматически перейдет к следующему вопросу. Баллы, которые вы получите, зависят от правильности ваших ответов и времени, затраченного на ответ. Обратите внимание, что вопросы каждый раз разные, а варианты — смешанные.
Обратите внимание, что для правильной работы сайта необходимо включить cookies, javascript и iframe. Если вы видите это сообщение в течение длительного периода времени, настройки вашего браузера не позволяют нашему порталу функционировать должным образом.
Следующий урок посвящен технике восстановления зрения.
