Глава 2. Свет и цвет

2.1. Немного философии

Жизнь – в отличие от простого существования – от начала до конца представляет собой неустанный процесс приема, обработки и оценки информации, получаемой из окружающей среды, а затем выбора: немедленно действо­вать на основе этой информации, или пренебречь ею, или, наконец, отложить ее в запас для будущего использова­ния. Центром, обрабатывающим информацию, служит головной мозг. Мозг человека – орган величиной с два сжатых кулака и весом от 1300 до 1400 г. Оба его полу­шария покрыты тонким слоем серого вещества, называе­мого корой головного мозга. Мозг изрезан бороздами и складками и внешне напоминает грецкий орех; площадь его поверхности достигает 1500 см². Серое вещество содер­жит около 10 миллиардов нервных клеток или нейронов.

Организм человека состоит из множества клеток, и некоторые из них – сенсорные (или рецепторные) – специально предназначены для получения информации из окружающей среды и передачи ее в мозг. Когда эти клетки получают по нервным волокнам сен­сорную информацию, в мозгу возникают ощущения и субъ­ективные «образы» внешнего мира. Мозг, сам по себе, не может ни слышать, ни видеть, ни испытывать какие-либо другие ощущения. Существует восемь различных чувств, а именно: зрение, слух, обоня­ние, вкус, осязание, температурные ощущения, чувство положения и движения, ощущение боли. Источниками информации об окружающем мире, в которой так нуждается организм служат раздражители (стимулы), имеющие физичес­кую или химическую природу. Так, свет представляет собой электромагнитные волны, звук – волны сжатия и разряжения; запах и вкус возникают в результате химических воздействий, а остальные чув­ства (за исключением боли) связаны с физическими сти­мулами. Боль могут вызывать как физические, так и хими­ческие раздражители.

Наибольшую информацию об окружающем мире дает нам зрение. Неудивительно, что и исследованию самого зрения посвящено очень много работ. Проблема зрительного восприятия в течение многих веков является предметом исследований многих ученых.

Величайший из материалистов древности Демокрит (460 – 370 гг. до н.э.) объяснял зрительное ощущение воздействием попадающих в глаз атомов, которые испускает светящееся тело. По-видимому, первое описание строения человеческого глаза дано в работах Галена (130 – 200 гг.). Это описание очень несовершенно, но в нем уже упоминается зрительный нерв, сетчатка, хрусталик. Примерно через девять столетий знаменитый арабский ученый Альхазен (XI в.) первым попытался осмыслить механизм формирования зрительного образа. До Альхазена считали, что зрительный образ возникает как-то сразу, целиком, как некий единый, не расчлененный на части процесс. Альхазен высказал гениальную догадку: каждой точке на видимой поверхности объекта должна соответствовать своя точка внутри глаза, и, следовательно, процесс формирования изображения объекта в глазу складывается из множества элементарных процессов формирования изображений отдельных точек объекта. Правда, Альхазен считал, что точки восприятия находятся не на сетчатке, а на передней поверхности хрусталика.

Великий итальянский художник и естествоиспытатель Леонардо да Винчи (1452 – 1519 гг.) «перенес» точки восприятия с поверхности хрусталика на сетчатку. Более того, подробно описывая камеру-обскуру, он прямо указал, что «то же самое происходит и внутри глаза». Известны рисунки, сделанные рукой Леонардо да Винчи, объясняющие строение глаза и построение изображений в нем.

Существенный вклад в физиологическую оптику внес И.Ньютон, заложивший основу для современных работ по цветовому зрению. Широко известны труды Г.Гельмгольца (XIX в.) по физиологии зрения. В середине прошлого века ему удалось с помощью специально изготовленного зеркала с отверстием увидеть через темный зрачок глазное дно. Это было гениальным открытием, изменившим коренным образом представление о теории зрения, позволившим заглянуть в новый мир и увидеть «часть мозга, выдвинутого на периферию».

Особенно возрос интерес к проблеме зрения в двадцатом веке. Это связано с развитием телевидения, медицинской и атмосферной оптики, светотехники, аэрофотосъемки, тепловидения, электронно-вычислитель­ной техники и др. Сформировалась наука, изучающая глаз и его работу, – физиологическая оптика.

На вопрос: «Что такое цвет?» – чаще всего отвечают: «Цвет – это длина волны», «Цвет – это свойство поверхности», «Цвет – это спектральный состав электромагнитного излучения». Ответы эти неточны или, как минимум, неполны.

Рассмотрим эти ответы более подробно.

• «Цвет – это длина волны» – но электромагнитное излучение с длиной волны, к примеру, 675 нм в зависимости от интенсивности воспринимается либо как красно-коричневый, либо как алый цвет.

• «Цвет – это свойство поверхности» – но серые стены домов, освещенные закатным солнцем, кажутся нам оранжевыми.

• «Цвет – это спектральный состав электромагнитного излучения» – но электромагнитное излучение различного спектрального состава может восприниматься как один и тот же цвет.

Более того, когда мы в полной темноте ударимся о дверной косяк, в на­шем сознании появится цветное изображение без всякого электромагнитного излучения. Во сне или в воспоминаниях также возникают самые настоящие цветовые ощущения.

Итак, ключевыми словами в исследовании данного вопроса являются: «восприниматься», «казаться», «выглядеть», «сознание», «ощущение». То есть никакого «цвета» не существует, если нет «сознания», если некому испытывать «ощущения». Исходя из этого, дадим такое определение цвета:

Цвет – это ощущение, которое возникает в сознании человека при воздействии на его зрительный аппарат электромагнитного излучения с длиной волны в диапазоне от 380 до 760 нм. Эти ощущения могут быть вызваны и другими причинами: болезнь, удар, мысленная ассоциация, галлюцинации, и др.

Таким образом, цвет – это, прежде всего, ощущение. «Цвет» не существует без наблюдателя. Цветовые ощущения могут существовать без объекта, но не могут существовать без субъекта. В этой главе мы будем рассматривать, разумеется, ощущения, вызываемые только электромагнитным излучением видимой части спектра – светом.

Способность к цветоощущению возникла в процессе эволюции как способ получения сведений об окружающем мире и способ ориентирования в нем. Каждый человек воспринимает цвета индивидуально, отлично от других людей. Однако у большей части людей цветовые ощущения очень схожи.

Физической основой цветовосприятия является наличие специфических светочувствительных клеток в сетчатке глаза (палочек и колбочек) с максимумами спектральной чувствительности в трех разных спектральных участках: красном, зелёном и синем. Огромную роль в цветовосприятии играет переработка сигнала, поступающего на сетчатку глаза, в коре головного мозга. Мозг извлекает информацию об окружающем мире с КПД, недостижимым даже для самых современных компьютеров. Суть этих процессов, несмотря на наличие большого количества разнообразных теорий, непонятна, а сколько-нибудь серьезные, инструментальные измерения в коре головного мозга невозможны. Поэтому к человеческому цветовосприятию стоит относиться как к «черному ящику»: на входе имеем свет определенного спектрального состава, на выходе – некое цветовое ощущение.

По мере социализации у человека росла потребность в передаче знаний и эмоций: наскальные рисунки, выполненные природной охрой и углем, несли различную информацию, необходимую для эффективной охоты, а заодно выражали эмоции охотников. Позднее живопись стала нести религиозные знания и раскрывать эстетические переживания людей, а жизнь современного технологического общества немыслима без телевидения, цветной фотографии и полиграфии. Таким образом, еще в самом начале своего существования homo sapiens столкнулся с необходимостью воспроизведения и повторения цветовых ощущений, и эта проблема остается и по сей день.