Природа цвета. Вопросы без ответов
Этой статьёй я хочу открыть новую серию постов, посвящённую цветам в животном мире. Сначала я планировала просто сделать занимательные посты о красных, жёлтых и пр. животных. Но, наверное, писать лёгкое развлекательное чтиво, увы, не мой талант. Заранее прошу простить меня за многословие. Если я берусь за какое-то исследование, то стараюсь не ограничиваться поверхностным изложением некоторых разрозненных фактов, а подходить к изучению выбранной темы всесторонне. Скажу честно, изучение цвета в широком смысле этого слова стало для меня непростой задачей. Я со школьных времён не люблю физику, и моим гуманитарным мозгам пришлось немало напрячься в процессе написания некоторых постов серии. В этой статье будет много теории, философии и вопросов без очевидных ответов. Каждый рассмотренный мной аспект приводил к тому, что в своих рассуждениях о природе цвета я проваливалась на новый уровень поиска информации. И чем глубже я погружалась, тем интереснее и непонятнее становился предмет исследования. Итак, всех, кто после моего вступления не закрыл этот пост, приглашаю начать новое путешествие по миру природы.
Многие из нас никогда не задумывались над тем, почему те или иные животные имеют определённую окраску, как, когда и зачем эта окраска у них появилась, почему именно такая. Поэтому, прежде чем окунутся в мир завораживающих красок, которыми природа щедро наградила некоторых из своих созданий, я решила в общих чертах осветить некоторые базовые моменты. Теория цвета – это настолько обширная сфера исследования, что охватить в одной ознакомительной статье все её грани просто невозможно. Я не хочу пускаться в изложение научных подробностей, для этого есть специализированные источники информации. Мне интереснее рассмотреть проблематику цвета с точки зрения наивного обывателя.
Итак, начнём с самого начала. Существует ли цвет как свойство материи сам по себе, или он – лишь иллюзия наблюдателя? Когда я задаю себе этот вопрос, у меня возникает примерно такое же чувство замешательства, как при размышлениях о начале вселенной. Предлагаю порассуждать об этом.
Действительно ли вселенная многоцветна и красочна, как её изображают астрохудожники при обработке и интерпретации различных видов волн, полученных с космических телескопов?
Можете ли вы определить, какого цвета незнакомый вам предмет в абсолютно тёмной комнате? А если в той же комнате распахнуть шторы в прекрасный солнечный день? Ответ очевиден. Увидеть что-либо мы можем только благодаря свету. Самый яркий естественный источник света на нашей планете – это Солнце, которое излучает чистый белый свет.
Свет нашего Солнца белый, что хорошо видно из космоса. Но с Земли оно может казаться нам жёлтым, оранжевым или красным
Прежде всего, примем за истину, что свет по своей физической природе – это спектр электромагнитного излучения, электромагнитная волна. Все волны имеют длину. Видимый свет (тот, который может воспринимать человеческий глаз) занимает строго определённый интервал на шкале длин волн электромагнитного излучения. На этой шкале его соседями являются инфракрасное и ультрафиолетовое излучения со своими длинами волн. Эти волны человеческий глаз воспринимать уже не может, т.е. мы не в состоянии видеть объекты в ультрафиолетовых и инфракрасных лучах. Источником этих видов излучения также является наше Солнце, и некоторым животным доступно ультрафиолетовое и инфракрасное зрение. Они видят окружающий мир иначе, чем люди. Но об этом позже.
Если обобщить сказанное, то глаз человека воспринимает свет как электромагнитные волны определённой длины, исходящие от Солнца
Согласно науке, цвет – это восприятие и интерпретация наблюдателем волн видимого излучения (видимого света). Эти волны принято называть спектром видимого излучения, который можно изобразить как отрезок определённой длины, расположенный на прямой электромагнитного излучения. Каждой части этого отрезка соответствует свой диапазон длин волны и свой цвет.
На этом рисунке хорошо видно, сколь малый фрагмент из всего многообразия электромагнитных волн способен увидеть человеческий глаз
Впервые цвета видимого спектра определил Ньютон, который разделил чистый белый свет на семь цветов: они известны нам как цвета радуги. Все мы помним детский стишок, с помощью которого легко запомнить цвета радуги по начальным буквам слов: каждый охотник желает знать, где сидит фазан. Белый цвет – результат отражения (рассеяния) всех волн спектра (всех семи цветов) от объекта. Чёрный цвет - результат поглощения всего видимого света объектом, по своей сути он противоположность света. Получается, что физически белый и чёрный цвета не существуют: они лишь свет и его отсутствие. Белый свет падает на объект, часть световых волн поглощается его поверхностью, часть – отражается от неё. И в результате для нас объект приобретает определённый цвет, отличный от чёрного или белого. Пример: мы видим мак красным, потому что поверхность его лепестков поглотила световые волны всех длин, кроме той, которой соответствует красный цвет, – её мак отразил. Это очень упрощённо о физике цвета.
Но, как уже было сказано, цвет – это результат восприятия. То есть цвет зависит от наблюдателя и условий, которые его окружают в момент наблюдения. Под наблюдателем подразумевается биологический организм. Здесь нужно рассказать о палочках и колбочках, но я опущу все эти подробности и ограничусь сделанным выводом: каждый живой организм видит один и тот же цвет по-разному. Самый близкий для нас пример – дальтоники. Особенности строения органов зрения и нервной системы разных животных влияют на восприятие ими цвета. Более того, один и тот же цвет будет выглядеть для наблюдателя по-разному в зависимости от освещения, физического здоровья, свойств наблюдаемого объекта и многих других факторов. Таким образом, можно сделать вывод, что цвет – это явление физиологическое, которое возникает в момент попадания света (явление физическое) на сетчатку глаза наблюдателя. И с этой точки зрения, чёрный и белый являются для нас цветами наравне со всеми остальными оттенками видимого спектра, ведь наш глаз именно так интерпретирует свет и его отсутствие.
Резюмируя, цвет можно обозначить простейшей схемой: свет – > объект - > глаз – > фоторецепторы сетчатки – > мозг – > цвет.
Выше я уже упомянула о том, что хоть наше Солнце и излучает белый свет, но на Земле мы видим его то жёлтым, то красным, то белым. Дело в том, что наша атмосфера «фильтрует» волны видимого спектра и несколько меняет цветовое восприятие. Земная атмосфера сильнее прочих рассеивает синюю и фиолетовую части видимого спектра, а это значит, что для земного наблюдателя эти компоненты дошедшего до глаза солнечного света уступают в интенсивности жёлтому и красному, что и делает цвет Солнца желтоватым, а цвет неба голубым (за счёт рассеивания по всей атмосфере длин волн синего цвета). Этот эффект называется рэлеевским рассеянием. Но тут есть один нюанс. Дело в том, что атмосфера Земли рассеивает больше фиолетового света, чем синего, и если бы не то, как человеческий глаз воспринимает цвета — мы на самом деле более чувствительны к синему, чем к фиолетовому, - небо казалось бы нам фиолетовым. Тем не менее, оно для нас синее/голубое. Картинка «голубое небо-жёлтое солнце» не статична. Цвет неба и Солнца зависит от плотности воздуха и времени суток (на закате мы можем видеть Солнце красным или оранжевым, а небо - тёмно-синим ночью). Не знаю, как вам, но мне по-прежнему непонятно, какого же цвета небо на самом деле. Для нас – людей – оно голубое из-за строения нашего глаза и мозга. А для других форм жизни?
Звёзды имеют разные цвета в зависимости от их температуры, светимости и других физических свойств
Получается, что органы зрения и восприятие цвета у живых организмов на Земле сформировались именно с учётом всех этих условий: атмосфера, суточное вращение нашей планеты и свет нашей звезды. На примере рэлеевского рассеяния мы убедились, что, по крайней мере, человеческий глаз более чувствителен к одним цветам спектра, чем к другим, что также влияет на цветовосприятие. Мне стало интересно, а как мы видели бы цвета, если попали бы на другую планету с другой атмосферой, вращающуюся вокруг другой звезды, которая имела бы отличную от нашего Солнца светимость? Как мы видели бы цвета, если бы изначально появились как форма жизни на такой планете? Если у вас есть ответ на этот вопрос, будет интересно услышать его.
Мы подошли к самой главной загадке. Что же такое цвет – неотъемлемое физическое свойство материальных объектов или лишь субъективная интерпретация наблюдателем поглощённого и отражённого от них видимого света? Если исчезнет наблюдатель, будет ли физический мир разноцветным? Если исчезнет свет, можно ли по-прежнему считать объекты цветными? Честно говоря, все эти вопросы для меня, скорее, лежат в области философии, чем физики и биологии. Но, по большому счёту, для продолжения нашей «цветной» темы, ответы на эти вопросы не так уж важны. Мы, люди, независимо от нашей культуры или языка, видим наш общий мир цветным, даже если по каким-то неизвестным нам причинам это не так. Да, не во всех языках есть слова для обозначения 7 цветов радуги. Самый элементарный пример – наш синий и голубой. А вот в английском языке нет отдельного, соответствующего голубому цвету слова: английское слово «blue» - это все оттенки синего, от самого бледного до самого тёмного. Но это не означает, что все англоязычные люди видят голубой цвет как-то иначе. Если двум представителям разных культур, говорящих на непохожих языках и при этом находящих в абсолютно одинаковых условиях (психическое и физическое здоровье, уровень освещённости и пр.) дать образец с чистым голубым цветом и попросить из предложенных семи предметов выбрать тот, который соответствует образцу, то оба человека укажут на один и тот же предмет. Это значит, что люди как вид воспринимают цвета практически одинаково, с некоторыми нюансами. Большинство из нас видят красное яблоко красным. Поэтому в следующих статьях я с удовольствием расскажу вам о самых ярких представителях животного мира.
P.S. Если этот пост прочитают физики или увлекающиеся этой наукой, очень надеюсь на возможную критику и разъяснения по теме.