Сквозь зеркало языка

Люди могут видеть свет только на узком отрезке длины волн от 0,4 до 0,7 микрон (тысячных долей миллиметра), или, чтобы быть более точными, между примерно 380 и 750 нанометров (миллионных долей миллиметра). Свет на этих длинах волн поглощается клетками сетчатки, тонкой пластины нервных клеток, которые выстилают внутреннюю часть глазного яблока. На задней стороне сетчатки есть слой фоторецепторных клеток, которые поглощают свет и посылают нервные сигналы, а они, в свою очередь, преобразуются в цветовые ощущения в мозгу.[299]

Когда мы видим радугу или свет, выходящий из призмы, наше восприятие цвета как будто изменяется так же непрерывно, как меняется длина волны (см. таб. 2 и 11 на цветной вклейке). Ультрафиолетовый свет на длинах волн короче 380 нм не виден глазу, но когда длина волны возрастает, мы воспринимаем оттенки фиолетового, примерно с 450 нм мы видим синий, с 500 нм зеленый, с 570 желтый, с 590 оранжевые тона, а потом, когда длина волн начинает превышать 620 нм, мы видим красный на всем протяжении шкалы до 750 нм, дальше наша чувствительность заканчивается и начинается инфракрасный свет.

«Чистый» свет одной длины волны (в отличие от комбинации источников света с разными длинами волн) называется монохроматическим. Естественно предположить, что когда источник света выглядит для нас желтым, это потому, что он состоит только из волн длиной около 580 нм, как монохроматический желтый свет в радуге. И так же естественно предположить, что когда некий объект кажется нам желтым, это должно означать, что он отражает свет только на длинах волн вокруг 580 нм и поглощает свет всех остальных длин волн. Но оба этих предположения совершенно неверны. На самом деле цветное зрение – это иллюзия, которую создают для нас нервная система и мозг. Чтобы воспринять свет как желтый, нам необязательно нужен свет на волне 580 нм. Мы можем получить такое же «желтое» ощущение, если чисто-красный свет на длине 620 нм и чисто-зеленый на 540 нм налагаются друг на друга в равном количестве. Другими словами, наши глаза не могут отличить монохроматический желтый свет и сочетание монохроматических красного и зеленого светов. В самом деле, экран телевизора ухитряется обманом заставить нас воспринимать любые цвета спектра, используя разные комбинации всего трех монохроматических цветов – красного, зеленого и синего. Наконец, объекты, которые кажутся нам желтыми, очень редко отражают только свет длиной около 580 нм, а чаще всего отражают зеленый, красный и оранжевый, так же, как и желтый. Как это можно объяснить?

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.