Гай Дойчер - Сквозь зеркало языка. Почему на других языках мир выглядит иначе
До XIX века ученые пытались понять этот феномен «цветовой подгонки» через какие-то физические свойства самого света. Но в 1801 году английский физик Томас Юнг предположил в своей знаменитой лекции, что объяснение лежит не в свойствах света, а скорее в строении человеческого глаза. Юнг разработал «трихроматическую» теорию зрения: он утверждал, что в глазу есть только три вида рецепторов, каждый из которых особенно чувствителен к свету в своей области спектра. Таким образом, наше субъективное ощущение непрерывности цвета создается тогда, когда мозг сравнивает ответы от этих трех типов рецепторов. Теория Юнга была усовершенствована в 1850-х Джеймсом Клерком Максвеллом, а в 1860-х Германном фон Гельмгольцем, и она до сих пор служит основой для того, что мы сегодня знаем о функционировании сетчатки.
Цветное зрение основано на трех типах светопоглощающих пигментных молекул, называемых колбочками, которые содержатся в клетках сетчатки. Эти три типа клеток известны как длинноволновые, средневолновые и коротковолновые колбочки. Колбочки поглощают фотоны и посылают сигнал о количестве фотонов, поглощенном за единицу времени. Коротковолновые колбочки имеют пик чувствительности в области 425 нм – это на границе фиолетового и синего. Это не значит, что эти колбочки поглощают фотоны только на 425 нм. Как можно видеть на диаграмме на противоположной странице (и на таб. 12 на цветной вклейке), коротковолновые колбочки поглощают свет на разных длинах волны, от фиолетовых до синих и даже какой-то части зеленых. Но их чувствительность к свету снижается, когда длина волны уходит от оптимума в 425 нм. Поэтому, когда монохроматический зеленый свет на 520 нм достигает коротковолновых колбочек, поглощается значительно меньший процент фотонов по сравнению со светом на 425 нм.
Рецепторы второго типа, средневолновые колбочки, имеют пик чувствительности на желто-зеленом участке, около 530 нм. И опять же они чувствительны (в меньшей степени) к диапазону длин волн от голубого до оранжевого. Наконец, длинноволновые колбочки имеют пик чувствительности довольно близко к средневолновым колбочкам, в зеленоватожелтом, на 565 нм. Сами колбочки «не знают», какую длину световых волн поглощают. Каждая колбочка сама по себе слепа к цвету. Единственное, что она регистрирует, это общая интенсивность света, который поглощен. Таким образом, коротковолновая колбочка не может отличить, поглощает ли она фиолетовый свет малой интенсивности (на 440 нм) или зеленый свет высокой интенсивности (на 500 нм). И средневолновые колбочки не могут отличить свет на 550 нм и свет той же интенсивности на 510 нм.
Чувствительность (нормализованная) коротковолновых, средневолновых и длинноволновых колбочек как функция длины волны
Мозг выясняет, какой цвет он видит, сравнивая пропорции, в которых поглощаются фотоны в трех разных типах колбочек. Но существует бесконечное множество разных спектральных распределений, которые дают точно те же пропорции, и мы не сможем их различить. Например, монохроматический желтый свет на длине волны 580 нм дает точно такую же пропорцию поглощения, как сочетание красного света на 620 нм и зеленого на 540 нм, о чем говорилось выше. И существует бесконечное число других таких же «метамерных цветов», различных спектральных распределений, которые дают такую же пропорцию поглощения среди трех типов колбочек и таким образом для глаза человека выглядят одинаково.
По этой причине важно осознавать, что наш диапазон цветовых ощущений определяется не напрямую разными монохроматическими цветами спектра, но скорее диапазоном различным образом составленных пропорций между тремя типами колбочек. Наше «цветовое пространство» трехмерное, и оно содержит ощущения, которые не соответствуют ни одному цвету радуги. Наше ощущение розового, например, создается пропорцией поглощения, которая не соответствует ни одному монохромному свету, а скорее сочетанию красного и голубого света.
Когда ночью угасает свет, в игру вступает другая зрительная система. Колбочки недостаточно чувствительны для восприятия света очень низкой интенсивности, но есть и другие рецепторы, называемые палочками, которые настолько чувствительны, что могут регистрировать поглощение даже единичных фотонов! Палочки наиболее чувствительны к сине-зеленому свету около 500 нм. Наше зрение для низкой освещенности, однако, нецветное. Это не потому, что сам цвет ночью «забывает» свою длину волны, а просто из-за того, что палочки все одного типа. Поскольку мозгу не с чем сравнивать ответы от единственного типа палочек, то и никакого цветового ощущения не может быть.
Чувствительность к волнам разной длины
Всего в сетчатке около шести миллионов колбочек, но количество у трех типов там совсем не равное: есть относительно немного коротковолновых (фиолетовых) колбочек, более чем в десять раз больше средневолновых (зеленых) и еще больше длинноволновых. Сильно превосходящее число средне– и длинноволновых колбочек означает, что глаз более эффективно поглощает свет длинноволновой половины спектра (желтый и красный), чем коротковолновой половины, поэтому, чтобы заметить желтый свет, требуется меньшая его интенсивность, чем синего или фиолетового. Вообще наше дневное зрение имеет максимум чувствительности на свет в 555 нм, желто-зеленый. Такова уж особенность нашего строения, что делает желтый более ярким для нас, чем синий или фиолетовый, независимо от свойств, присущих свету как таковому, так как синий свет сам по себе не менее интенсивен, чем желтый. (Длина волны и энергия находятся в обратной зависимости: длинноволновой красный свет имеет самую низкую энергию, у желтого энергия выше, чем у красного, но зеленый и синий имеют более высокую энергию, чем желтый. У невидимого ультрафиолетового света энергия еще выше, она даже достаточна для того, чтобы повредить кожу.)
В нашей цветовой чувствительности есть и другая неравномерность: наша способность пренебрегать тонкими различиями в длине волн неодинакова для разных частей спектра. Мы особенно чувствительны к разной длине волны в области желтого-зеленого, а причина тому опять же лежит в случайных особенностях нашей физиологии. Поскольку средневолновые (зеленые) и длинноволновые (желтые) рецепторы очень близки по своим пикам чувствительности, даже минимальные отклонения в длине волны в желтозеленой области превращаются в значительные изменения в пропорциях света, поглощаемого двумя соседними колбочками. При оптимальных условиях нормальный человек может провести различия между желтыми оттенками, отличающимися по длине волны всего на один нанометр. Но в синей или фиолетовой части спектра наша способность различать разные длины волн в три раза слабее. А на другом, красном, краю спектра мы оказываемся еще менее чувствительны к отличиям длин волны, чем на синем.
