Ягоды Дальтона и развлечения короля

Поглощенные фотоны нас больше не занимают. Попытаемся теперь проследить за фотонами отраженными и разобраться в том, как их воспринимает и сортирует наш глаз. Это поможет нам ответить на вопрос: "Что такое цвет и цветовое зрение?"

В поисках ответа на него я очутился однажды на Каланчевской улице, в Москве, где находится лаборатория цветового зрения. Лаборатория, как оказалось, принадлежит железнодорожникам, и не случайно. Машинист электровоза или тепловоза должен четко различать цвета, перепутать цветовой сигнал - за это можно поплатиться жизнью! Уметь разбираться в цветах нужно химикам, художникам, шоферам, штурманам, космонавтам. Первый врач, с которым встречаются будущие космонавты, это специалист по цветовому зрению.

Ягоды Дальтона и развлечения короля

Руководитель лаборатории Ефим Борисович Рабкин показал мне свою гордость, спектральный аномалоскоп, и рассказал немало занимательных историй. Открытия в науке молва связывает не только с яблоком (которое навело Ньютона на мысль о всемирном тяготении), но и с ягодами. Как-то английский естествоиспытатель Дальтон отправился со своими учениками по ягоды и, к их удивлению, вернулся с пустой корзинкой. Поразмыслив над своей неудачей, он открыл дальтонизм - слепоту на определенный цвет, на красный, зеленый или синий. Эту слепоту и устанавливают в лаборатории профессора Рабкина. И, как всегда, вековая несправедливость: дальтоников-мужчин оказывается в шестнадцать раз больше, чем женщин! Дальтоником, как думает Рабкин, был художник Врубель. У него в картинах так много синего цвета потому, что он плохо его видел и перенасыщал им все, что писал.

Рабкин рассказывает, что цвет бывает ахроматический и хроматический. Ахроматические мы оцениваем только по яркости - это белый, серый и черный, они отличаются коэффициентами отражения, а вообще-то это один и тот же цвет. Хроматические же цвета, то есть все остальные, различают еще и по тону, который зависит от длины волны, и по насыщенности, то есть по степени отдаленности от белого цвета: светло-синий, например, темно-синий и так далее. В который раз я вижу диск Максвелла и, регулируя величину одного из трех секторов - красного, зеленого и синего, получаю из трех цветов любой цвет. Мы вспоминаем и о дополнительных цветах. У красного это голубовато-зеленый, у синего - зеленовато-желтый; смешивая их на экране, можно получить белый цвет. А вот и роскошный "Атлас цветов", там измерены и пронумерованы сотни оттенков...

- Все это мне, в общем-то, известно, - говорю я нетерпеливо. - Всё я знаю. Не знаю я только, как я отличаю один цвет от другого.

- И я не знаю, - грустно отвечает Рабкин. - Никто не знает. Французский ученый Пьерон даже говорит: "Мы не располагаем достоверной гипотезой, которая объяснила бы природу цветового зрения". Пожалуй, он несколько сгущает краски. Гипотеза есть. Ее даже называют теорией. Трехком-понентной теорией. Вот взгляните-ка на сию редкостную книжечку. Это Ломоносов. "Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее, июля 1 дня 1756 года говоренное". Там и изложена наша гипотеза, самая пока достоверная. ..

Ломоносов предположил, что три вида "светоносного эфира" вызывают ощущение трех основных цветов - красного, желтого и синего, а "дно" глаза содержит три цветоощущаю-щие "материи". В 1802 году с подобной теорией выступил англичанин Юнг, в 1885 - немец Гельмгольц, в начале нашего столетия ее развил известный нам Лазарев, а сравнительно недавно шведскому ученому Граниту удалось обнаружить у лягушки три цветоощущающие "материи" - три группы нервных клеток, каждая из которых более всего возбуждается от одного из основных цветов.

Как же представляет себе трехкомпонентная теория процесс цветоразличения? Чтобы ответить на этот вопрос, расскажем сначала, как устроен глаз. Свет попадает в глаз через роговицу, проходит сквозь хрусталик, который служит линзой, и попадает на сетчатку. В сетчатке есть участок - желтое пятно, где острота зрения особенно велика, и слепое пятно, где сетчатка совершенно нечувствительна, там зрительные нервы собираются вместе и выходят из глаза. Если закрыть левый глаз, посмотреть перед собой и затем медленно отодвигать палец из поля зрения, в каком-то месте поля палец неожиданно исчезнет. Известен лишь один случай, когда из этого эффекта извлекли пользу. Некий физиолог, показавший действие слепого пятна французскому королю, стал его любимцем. На утомительных заседаниях со своими придворными король развлекался, "отрубая им головы". Он смотрел на одного придворного и следил, как в это время исчезала голова другого.

Древние уподобляли сетчатку стянутой рыбачьей сети, закинутой на дно глазного бокала и ловящей солнечные лучи. Как всегда, древние оказались правы. Сетчатка похожа на сеть и ловит она кванты света. Строение сетчатки настолько совершенно, что один из знатоков назвал ее "кусочком мозга, помещенным в глаз". Это справедливо еще и потому, что уже в сетчатке световой сигнал "продумывается", частично осмысливается.

В сетчатке находятся фоторецепторы - около ста тридцати миллионов палочек и семь миллионов колбочек. Колбочки расположены в желтом пятне и поблизости от него, палочки - дальше. Палочки ответственны за наше ночное зрение, они реагируют только на свет, а цвет не различают. Цветом ведают колбочки.

С таким разделением труда связано много интересных вещей. Во-первых, обесцвечивание предметов в слабом свете и, во-вторых, различие в относительной яркости двух разноцветных предметов. Палочки видят синий конец спектра лучше, чем колбочки, зато колбочки видят темно-красный цвет, а палочки его совсем не видят. Он для них все равно что черный. От этого в полутьме синий цвет кажется ярче красного, хотя при хорошем освещении все выглядит наоборот. Явление это называется эффектом Пуркинье, по имени чешского ученого, исследовавшего работу колбочек и палочек.

Мы уже говорили, что три по-разному окрашенных пучка света могут образовать какой угодно цвет, если их смешать в нужной пропорции. Из этого и исходит трехкомпонентная теория. Глаз обладает тремя видами пигментов, восприимчивых к свету, причем спектры поглощения этих пигментов различны: один сильно поглощает красный свет, другой - синий, третий - зеленый. Когда свет попадает в глаз, поглощение в каждой из трех областей происходит по-своему, и, исследуя разную информацию, мозг решает, какой цвет попал на сетчатку. Точные - спектры поглощения определили, изучая дальтоников, у которых любой цвет составляется из двух основных цветов, то есть отсутствует один из пигментов.

На трехкомпонентную теорию покушались много лет подряд. Сторонники ее видят в восприятии цвета фотохимический процесс: вещество в колбочках распадается под воздействием фотонов, и мозг получает соответствующий сигнал. Некоторые биофизики склонны считать восприятие цвета фотоэлектрическим явлением: один цвет вызывает ток одной силы, другой цвет - ток другой силы. Кое-кого смущает необычайная острота зрения при красном свете: две группы колбочек спят, работает одна, а мы превосходно различаем предметы. Но, может, в "красных" колбочках усиливается химическая реакция? Ведь известно, что некоторые растения при красном свете растут быстрее, чем при обычном, а все мы - дети одной природы, дети солнца*. Не оттого ли красный цвет нас бодрит, но быстро утомляет?

Как бы то ни было, трехкомпонентная теория согласуется почти со всеми фактами. Что же до горестных вздохов Пьеро-на и Рабкина, то относятся они скорее не к сетчатке, а к мозговым участкам зрительного аппарата, где, по-видимому, формируется целостный образ предмета. Вот в этом мы действительно разбираемся неважно, хотя в гипотезах, как обычно, нет недостатка. Биофизики говорят: здесь белая страница, на которой написана лишь первая строка.

К счастью, нам нет нужды обсуждать эти гипотезы. Упомянув о красном цвете, мы коснулись самого главного. Фотоны привели нас к химическим реакциям, а химические возвратили к реакциям психофизиологическим. Они-то нас и интересуют больше всего,