Почему мы видим предметы разноцветными

Разделим данный вопрос на три части: "почему мы видим?", "почему предметы разноцветные?" и "что происходит на сетчатке глаза?". 

 

Содержание

  1. Почему мы видим
  2. Почему предметы разноцветные
  3. Что происходит на сетчатке глаза

 

Почему мы видим

Нам сейчас кажется достаточно очевидной идея о том, что светящиеся тела испускают нечто (свет), что, попадая в глаза, позволяет нам видеть, причем не только сами светящиеся тела, но и другие окружающие предметы. Потому что несветящиеся тела рассеивают падающий на них свет во все стороны (или зеркально отражают его), после чего рассеянный или отраженный свет попадает нам в глаза — и мы видим эти вещи (см. рис. 1). Черные объекты полностью поглощают свет, что делает их видимыми на фоне других объектов. Если же предмет никак не взаимодействует с падающим светом — не рассеивает, не поглощает и даже не преломляет его, то это будет абсолютный невидимка.

 

Рассеяние света предметом, что делает этот объект видимым

Рисунок 1. Рассеяние света предметом, что делает этот объект видимым

 

Удивительно, но эта идея не была очевидной древнегреческим мыслителям. Хотя в Древней Греции знали закон отражения света, имели понятие о преломлении, умели шлифовать зеркала и делать некоторые оптические приборы, но с механизмом видения греки совершенно не разобрались. Пифагорейцы выдвинули гипотезу об особом флюиде, который испускается глазами и «ощупывает» предметы сразу со всех сторон, давая их ощущение. Выражение «свет очей моих» в Древней Греции понимали совершенно буквально. И это заблуждение продержалось до начала XI века, пока его не развеял арабский ученый, известный на Западе под именем Альхазен.

 

Но попадание света в глаз — это только начало процесса видения. Постепенно мы разберемся, что происходит потом.

 

Почему предметы разноцветные

До Ньютона было принято считать, что свет по природе своей не имеет цветности, что сам по себе он белый; цветность же — некое новое качество, которое примешивается к свету при взаимодействии с веществом.

 

Ньютон впервые подошел к проблеме цвета по-научному. Начал он с классического опыта. В ставне окна затемненной комнаты он проделал маленькое отверстие, через которое проходил узкий пучок солнечного света. На его пути он поставил призму, а за призмой экран, на котором наблюдалась радужная полоска (она называется спектром). Этот опыт делали и до него. Но предшественники Ньютона полагали, что цвет появляется при воздействии вещества призмы на чистый белый свет. Ньютон же сделал иной вывод: белый свет состоит из цветных лучей, которые по-разному преломляются в призме, создавая спектр. То есть именно белый свет является сложным, составным светом.

 

Чтобы доказать этот тезис, Ньютон продолжил эксперимент. В экране, на котором наблюдался спектр, он проделал маленькое отверстие, через которое проходил свет только одного цвета (такой свет называют монохроматическим). На пути этого пучка Ньютон ставил новую призму и убеждался, что монохроматический пучок отклоняется призмой как целое, не меняя окраску. Он убедился также, что при смешении монохроматических лучей в определенной пропорции снова получается белый свет.

 

Итак, цвет является, так сказать, изначальным свойством света.

 

Ньютон также знал, что наше ощущение того или иного цвета не тождественно монохроматичности света. Можно, смешивая, например, красный и зеленый свет, получить желтый, который глаз не отличит от спектрального желтого, но который при прохождении через призму расщепится на красный и зеленый. А если из полного спектра удалить один цвет (например, красный), то смесь света оставшихся цветов мы воспримем как дополнительный цвет (дополнительный красному — зеленый).

 

К слову, звуки мы воспринимаем иначе: при смешивании звуков с разными высотами тона мы слышим аккорд, а не звук какого-то нового тона.

 

Так почему же белый свет, отразившись или пройдя сквозь вещество, «окрашивается»? Оказывается, дело в избирательном поглощении света веществом: некоторые спектральные цвета вещество поглощает — и в отраженном или прошедшем (если предмет прозрачный) свете их нет. Поэтому мы видим предмет окрашенным в тот цвет, который дает смесь отраженных (или прошедших насквозь) монохроматических лучей. Цвета тел, как правило, немонохроматичны.

 

Что происходит на сетчатке глаза

Пройдя через прозрачные части глаза — роговицу, хрусталик и стекловидное тело, свет попадает на сетчатку — внутреннюю оболочку глаза, состоящую из светочувствительных рецепторов. Клетки-рецепторы делятся на два вида: колбочки и палочки. Они преобразуют видимый свет в электромагнитные импульсы, которые передаются по зрительному нерву в головной мозг.

 

Палочки (их 130 миллионов!) способны воспринимать свет очень малой интенсивности, но они не различают цвета, поэтому в темноте «все кошки серы». Колбочки (их 7 миллионов) чувствительны к цветам, но они работают только при ярком свете.

 

Распределение рецепторов на оболочке неравномерно: в центральной части преобладают колбочки, а палочек очень мало; к периферии сетчатки, наоборот, число колбочек быстро уменьшается, и остаются одни только палочки. В центральной части к большинству колбочек подходят отдельные волокна зрительного нерва; ближе к периферии одно волокно зрительного нерва обслуживает целые группы колбочек или палочек. Поэтому различать тонкие детали мы можем, только когда прямо смотрим на предмет. Периферическая часть сетчатки служит для ориентирования в пространстве.

 

В палочках и колбочках находятся особые пигменты. Восприятие света и цвета обусловлено химическими реакциями в них. Особенности цветовосприятия связаны с тем, что есть колбочки трех типов, проявляющих наибольшую чувствительность к трём основным цветам спектра: красно-оранжевому, зеленому и синему. Комбинации возбуждений этих приёмников разных цветов создают ощущения всей гаммы цветовых оттенков.

 

Именно поэтому мы можем создать ощущение любого цвета, смешивая чистые спектральные цвета — красный, зелёный, синий — и варьируя их интенсивность. Чем и пользуемся в технологиях цветной фотографии и цветного телевидения.

 

В случае отсутствия одного или двух типов зрительного пигмента цветовое зрение нарушается. Впервые нарушение цветового зрения было обнаружено у известного химика Джона Дальтона: он не воспринимал красный цвет. Этот дефект зрения стали называть дальтонизмом. Есть три типа дальтоников: «краснослепые», «синеслепые» и «зеленослепые». Дальтонизм обусловлен изменением в мужской хромосоме и встречается у 5-8% мужчин и лишь у 0,4% женщин.