Л. — Примерно один человек из двухсот не способен различать цвета. Весьма любопытно, что этот недостаток чаще встречается у мужчин, чем у женщин. Имеются также индивидуумы, глаза которых абсолютно нечувствительны к цветам, расположенным близко к красному краю спектра.
Н. — Значит, наш глаз очень далек от того совершенного инструмента, достойного самого большого доверия, о котором свидетельствует выражение «Я это видел своими глазами»…
Это очень печально! Кому же и чему же верить?
Рациональное использование недостатков
Л. — Не сетуй на это. Я очень часто говорил тебе, что величайшее искусство жизни заключается в умении извлекать пользу из несовершенства органов человека и людей. Кино и телевидение удалось создать лишь потому, что наши органы зрения обладают известной медлительностью, обеспечивающей устойчивость наших зрительных ощущений в течение доброй десятой доли секунды. И ты увидишь, что методы цветного телевидения с выгодой используют некоторые несовершенства нашего зрения, как, например, вызываемый хроматической аберрацией недостаток четкости при рассматривании цветных изображений, или некоторый недостаток «избирательности», мешающей четко различать два цвета, у которых длины волн мало различаются одна от другой. Может быть, ты заметил, что человеческий- глаз вообще не различает цвета очень маленьких или очень тонких предметов?
Н. — Это я знаю. Моя мать, когда она хочет подобрать нитки к цвету ткани, накладывает на ткань не одну нитку, а всю катушку.
Л. — По этой же причине хорошо знающий свое дело типограф берет для печати цветных текстов жирный шрифт; при использовании тонкого шрифта нельзя разобрать, каким цветом напечатан текст. Это должно помочь тебе, Незнайкин, понять, что нам незачем заботиться о воспроизведении в цвете очень мелких деталей нашего изображения.
Н. — Я догадываюсь, что благодаря этому при передаче цветной программы по телевидению можно ограничиться относительно узкой полосой частот.
Л. — Совершенно верно. Но прежде чем подойти к этому, целесообразно внимательнее рассмотреть физиологические свойства цвета и их соотношение с его физическими характеристиками. Для этого нужно ближе познакомиться с органом восприятия световых лучей, которым является наш глаз.
Анатомия и физиология глаза
Н. — Мне думается, что я достаточно хорошо знаю этот вопрос. Мы уже говорили, что человеческий глаз можно уподобить фотографическому аппарату! Хрусталик похож на автоматически наводящийся на резкость объектив; окружающие его мышцы изменяют его кривизну, чтобы навести на резкость в зависимости от расстояния до объекта и тем самым сделать предельно четким проецируемое на сетчатку изображение.
Л. — Очень хорошо, мой друг. Продолжай свой рассказ и объясни устройство и роль сетчатки.
Н. — Сетчатка как ковром покрывает дно глаза. Она служит как бы светочувствительным слоем. Я знаю, что свет вызывает в ней химические и электрические реакции и что зрительный нерв передает сведения о них в мозг, где они воспринимаются как световая картина. Но я не могу детально проанализировать эти реакции.
Л. — И я не могу сделать этого, так как пока еще нет научного объяснения многих явлений из этой области. Но мы уже знаем устройство светочувствительных элементов сетчатки. В соответствии с их формой их называют «колбочками» и «палочками». Каждый глаз содержит около 120 миллионов палочек и около 6 миллионов колбочек. Это показывает тебе, как малы эти элементы.
Н. — А какие функции они выполняют?
Л. — Колбочки воспринимают цвета, а палочки реагируют только на интенсивность света независимо от его окраски. К тому же они неодинаково чувствительны к различным длинам волн; наибольшей чувствительностью они обладают в зелено-желтом участке спектра, в красном участке их чувствительность примерно вдвое ниже, а на синие лучи они реагируют очень слабо (см. рис. 6). Поэтому если чувствительность к зеленым лучам обозначить буквой G, а чувствительность к красным и синим — соответственно R и В, то для палочки, на которую воздействуют лучи только этих трех цветов, общая воспринимаемая яркость будет не G + R + B, а
0,59G + 0,30R+0,11B;
эти три коэффициента выбраны так, чтобы сохранить истинное соотношение и в сумме получить единицу. Они намного (в несколько тысяч раз!) чувствительнее к свету, чем колбочки.
Это должно показать тебе, что при малой освещенности только палочки участвуют в создании зрительного изображения (такое зрение называют «сумеречным») и потому цвета не воспринимаются глазом.
Н. — Теперь я понимаю, откуда произошла пословица «ночью все кошки серы». Но днем…
Л. — …ты можешь любоваться расцветкой тигровой, сиамской или персидской кошки, а также различать окраску их красивых глаз. Тогда в действие вступают и колбочки сетчатки. Какой в точности механизм их действия? Я не могу этого сказать. Но в конце прошлого века английский физик Томас Юнг сформулировал гипотезу, по которой существуют три категории колбочек: одни чувствительны к красным лучам, другие — к зеленым, а третьи — к синим. Это была правильная гипотеза; в 1964 г. биофизики из американского университета Джона Гопкинса экспериментально доказали, что Юнг был прав. Колбочки производят настоящий анализ спектрального состава света. Каждая категория колбочек передает в мозг информацию о яркости воспринимаемого излучения в своем участке цветного спектра.
Индивидуальные и коллективные послания
Н. — Я представляю себе, как мозг получает, например, такое сообщение: «Говорит колбочка, расположенная на таком-то градусе северной широты и на таком-то градусе долготы сетчатки: я воспринимаю поток в столько-то люменов в диапазоне волн оранжевого цвета от 590 до 640 нм».
Л. — На самом же деле мозг не получает индивидуальных посланий от каждой колбочки или каждой палочки, так как общее количество линий связи, в данном случае волокон зрительного нерва, порядка одного миллиона. Это означает, что каждое волокно должно передавать «групповые послания» от одной группы элементов, несомненно, одной и той же категории.
Для полноты картины я добавлю, что в центре сетчатки имеется небольшая зона, именуемая «желтым пятном», где с максимальной плотностью размещаются одни колбочки. Это означает, что лучше всего глаз различает детали в той части цветного изображения, которая соответствует оси взгляда.
Плотность размещения палочек, которых совершенно нет на желтом пятне, возрастает по мере приближения к краю сетчатки. Вот почему «периферийное зрение» дает наибольшую резкость для изображений, которые отличаются только своей яркостью.
Напротив, вне оси зрения в связи с уменьшением количества колбочек способность к восприятию цветов существенно снижается.
Н. — Это все кажется мне достаточно ясным. Но картина еще больше бы осветилась, если бы ты мог посоветовать мне провести несколько конкретных экспериментов, какие обычно показывают в физическом кабинете.
Л. — Нет ничего легче. Если ты пожелаешь, Незнайкин, в следующий раз мы можем встретиться в Зале оптики Дворца открытий (Музей науки и техники в Париже, аналогичный Политехническому музею в Москве).
Глава 3
ВО ДВОРЦЕ ОТКРЫТИЙ
Несколько экспериментов позволяют Любознайкину помочь своему другу лучше понять различные законы, определяющие жизнь мира красок. В связи с этим наши друзья обсуждают следующие вопросы:
Синтез цветов с помощью диска Ньютона. Цвет предметов. Субстрактивный и аддитивный методы. Цветовой тон, яркость и насыщенность. Основные цвета. Принцип трехцветного способа получения цветного изображения. Цилиндр Манселла. Это только иллюзия.
Разложение и восстановление
Незнайкин. — Как здесь темно! А я то думал, что этот зал, предназначенный для изучения света, должен быть залит солнцем!
Любознайкин. — Не удивляйся. Точно так же, как заболевший лучше понимает, что такое хорошее здоровье, так и в темноте нагляднее проявляется поведение света. Впрочем, вот и доказательство этой моей идеи. Ты видишь здесь основной опыт разложения света с помощью призмы — об этом опыте более подробно мы поговорим в следующий раз. Здесь солнце заменили вольтовой дугой, которая тоже дает белый свет. Но можно и как бы перевернуть условия опыта. Подойди сюда и посмотри через призму на эту полосу цветов спектра.
