Теория цветов максвелла кратко
Обновлено: 07.07.2024
Максвелл успешно справился с испытаниями Кембриджа и понимал, что настала пора вернуться к собственным исследованиям. Пребывание в университете подарило ему уверенность, ясность мысли и отработанную методику — все это он был готов применить при решении стоявших перед ним задач. К данному периоду относится одно из самых интересных исследований Максвелла, получившее широкую известность, — теория цветов.
Благодаря ей он стал известен как физик- экспериментатор с хорошим знанием математики.
Через несколько лет он вернулся к данной теме, но уже с большей осторожностью. Модная теория того времени, распространенная в академических кругах, утверждала, что цвета — это смешение света и темноты. Существовала даже шкала, которая шла от ярко-красного (чистого белого света с минимальным количеством темноты) до темно-синего цвета, предшествующего черному, то есть абсолютному исчезновению света в полной темноте. Однако Ньютона такое объяснение не устраивало: если делать запись черными чернилами на белой бумаге, то написанное не становится цветным.
С помощью этой диаграммы Ньютон хотел теорию смешения цветов,согласно которой из основных цветов спектра можно образовать любой другой.
Он разделил окружность на семь дуг, по числу цветов спектра. Каждая дуга была окрашена в один из этих цветов, в то время как белый центр круга, О, представлял собой смешение всех цветов спектра (как это происходит с белым светом Солнца). Таким образом, пространство между О и окружностью представляло собой гамму ненасыщенных, тусклых цветов, которые мы наблюдаем в реальном мире. Ньютон нашел метод для вычисления хроматичности (то есть тона и чистоты) заданного цвета.
Как можно видеть на рисунке на этой странице, в центр каждой дуги Ньютон поместил маленький круг, размер (или вес) которого пропорционален числу лучей рассматриваемого цвета. Данные лучи входят в состав определенного смешения, а точка Y указывает, какой цвет составлен на основе этого смешения цветов спектра; в данном случае представлен краснооранжевый.
В заключение своего рассуждения Ньютон заметил:
Наука о цвете должна считаться, по сути, наукой о разуме.
Джеймс Клерк Максвелл
Цвет, который мы воспринимаем, — это функция с тремя независимыми переменными. По крайней мере три я считаю достаточным, но время покажет, так ли это.
Максвелл в письме Уильяму Томсону
Джеймс начал интересоваться проблемой цветов начиная с дней, проведенных в лаборатории Форбса в Эдинбурге. Его наставник думал, что можно образовать любой цвет, используя классический цветовой круг (см. рисунок), измененный должным образом. Поскольку если быстро крутить его, наш глаз неспособен различить каждый из цветов, нарисованных на круге, в итоге мы видим их смешение. Это характеристика глаза, но не слуха: если разделить звуки на самые простые компоненты, мы способны услышать мелодию, а не единое смешение всех нот. Следуя предположению Юнга, Форбс думал, что можно воспроизвести любой цвет, включая белый, расположив подходящим образом три первичных цвета на круге. Итак, он пытался получить белый на основе красного, желтого и синего, распределяя их по кругу в секторах различного размера. Напрасно. Также Форбс попытался воспроизвести зеленый на основе синего и желтого, как это делали художники на своих палитрах, но не добился этого: к своему удивлению, он получил розовый.
Ученый был обескуражен. Сегодня мы знаем, что смешивать цвета и пигменты — не одно и то же: первое смешение — аддитивное, а второе — субтрактивное. Мы видим желтый цвет на стенах, потому что наш глаз воспринимает желтый свет, который не поглощается, а отражается желтой краской. Именно это обнаружил Максвелл: он открыл, что если экспериментировать с цветовым кругом, содержащим красный, зеленый и синий в качестве первичных цветов, то все работает идеально.
Джеймс Клерк Максвелл начал исследование цветов в подходящий момент — во время большого интереса к данной теме.
Шотландский физик-оптик Дэвид Брюстер (1781-1868) сформулировал теорию об ощущении цвета, а немец Герман фон Гельмгольц (1821-1894) опубликовал в 1852 году свою первую статью по этой теме. Согласно Брюстеру, тремя первичными цветами являются красный, синий и желтый; и они соответствуют (следуя Юнгу) трем типам объективного света. Но фон Гельмгольц указал на глубинное несоответствие: эксперименты, поставленные на тот момент, осуществлялись смешиванием пигментов, за исключением немногих, сделанных с помощью цветового круга, а нужно было смешивать свет разных цветов, чтобы можно было сравнить результаты. Для этого фон Гельмгольц сконструировал прибор, способный смешивать свет двух цветов спектра любой интенсивности. У этих экспериментов были удивительные результаты: при смешении красного и зеленого получился желтый, а зеленого и фиолетового — синий.
Максвелл учел замечания немецкого ученого и сконструировал свой прибор в 1852 году. Однако ранее ему нужно было провести собственные исследования с цветовым кругом.
КРУТИСЬ, КРУТИСЬ, ВОЛЧОК
Первое, что нужно было сделать, — получить количественные измерения смешения цветов. Для этого Максвелл изменил круг (своего рода волчок) таким образом, чтобы можно было выбрать количество каждого цвета, который он собирался использовать. В ходе экспериментов Максвелл выяснил, что с помощью белого, черного, красного, зеленого, желтого и синего можно получить любой цвет. Но нужно было сделать результаты более точными, и он использовал второй круг меньшего размера, который поместил поверх первого. Таким образом, на нижний круг накладывались три цвета, например черный, желтый и синий, а на верхний — красный и зеленый. Чтобы количественно оценить пропорцию каждого цвета, который был на обоих кругах, ему нужно было только посмотреть на нанесенную на них шкалу.
Эскиз Ньютона к одному из его экспериментов с цветами. В числе многочисленных разработок английского математика и физика — теория цвета.
Джеймс Клерк Максвелл (в возрасте 23 лет) держит цветовой круг в Тринити- колледже в Кембридже. Максвелл основывался на теории цвета Ньютона и был первым ученым, предложившим количественную теорию цвета, что принесло ему признание коллег.
Можно ли получить один и тот же цвет на обоих кругах? Оказалось, что да. Во время одного из своих экспериментов он обнаружил, что получает один и тот же цвет, грязный желтый, из 46,8 части черного, 29,1 желтого и 24,1 синего, а также из 66,6 части красного и 33,4 части зеленого. Но черный — не цвет: Максвелл включил его, чтобы контролировать блеск и тональность смешения синего и зеленого. Получалось, что 29,1 части желтого и 24,1 синего производят тот же цвет, что и 66,6 части красного и 33,4 части зеленого. Если обозначить цвета как А, В, С и D, а количество каждого цвета — как а, b, с и d, мы можем обобщить этот результат:
В этом случае символ — означает, что для приравнивания цветов мы должны сочетать С и D и тогда это совпадет со смешением А и В. Следовательно, можно утверждать, что для любого цвета X существует такое смешение из трех цветов, что
Если знак какой-нибудь из величин а, b или с отрицательный, то это значит, что цвет должен сочетаться с X для совпадения по окраске со смешением двух других. В январе 1855 года Максвелл написал:
Три первичных цвета — красный, зеленый и синий (на самом деле это киноварь, изумрудный и ультрамарин) — представлены вершинами равностороннего треугольника (см. рисунок на следующей странице). Каждая точка треугольника изображает цвет, который можно получить определенным смешением этих трех цветов, а центральная точка представляет собой белый цвет. Каждая точка треугольника соответствует решению уравнения
где — это процент красного, определяемый как 100 k/(k+3+ с), %3 — процент зеленого, 100 з/(k+3+ с), а %C процент синего, 100 с/ (k+з+с), а и с — расстояния до точки треугольника. Кроме того, спектральный цвет задан угловым положением прямой к центру тяжести треугольника (белому), а уровень насыщенности — расстоянием от него.
Однако Максвелл осознавал, что не все цвета могут образовываться в качестве сочетания этих трех первичных: в его геометрическом представлении были цвета, которые оказывались вне границ треугольника. Какие? Те, что, как мы видели, получаются при вычитании первичного цвета, либо (то же самое) имеющие отрицательное значение с, з или к.
Система Максвелла была устойчивой, поскольку не зависела от выбора первичных цветов, но Джеймс выяснил, что его личный выбор этих цветов очень близок к идеальной триаде, поскольку подавляющее большинство цветов оказывалось внутри треугольника.
Конкретный цвет может быть определен в этом треугольнике по расстоянию от каждой из его сторон, как поясняется в тексте. Геометрический центр треугольника соответствует белому.
В письме Форбсу в ноябре 1857 года Максвелл объяснял:
Причину этого он изложил еще в статье 1855 года:
С помощью своей идеально откалиброванной коробки и идей Грассмана, Юнга и Ньютона в качестве теоретической основы, Максвелл смог нарисовать кривые распределения светимости каждого стандартного цвета в зависимости от длины его волны, представив механизм физиологической реакции глаза. Его интересовал принцип работы глаза, животного или человеческого. Но у него не было приборов для таких исследований, так что ему пришлось сконструировать офтальмоскоп, изобретенный фон Гельмгольцем за год до этого, о чем Джеймс не имел ни малейшего понятия. Максвелл провел много времени, изучая с помощью офтальмоскопа глаза людей и собак. Чтобы убедить людей согласиться на исследование, он позволял им сначала посмотреть внутрь его собственных глаз.
ВОЗВРАЩЕНИЕ В ШОТЛАНДИЮ
Пока в лаборатории Максвелла кипела бурная деятельность, в мире за ее пределами жизнь продолжала идти своим чередом.
Сложно поддерживать интерес к интеллектуальным темам, когда друзей в интеллектуальном мире становится все меньше.
Из письма Максвелла к отцу, в котором он рассказывает о пребывании в Кембридже
Отец был воодушевлен этой возможностью и начал ходить по инстанциям в Эдинбурге, стремясь поддержать сына. Когда Джеймс вернулся в Шотландию в середине марта, все уже было готово. Оба приехали в Гленлэр, проведя несколько дней в Эдинбурге, когда 2 апреля Максвелл-старший внезапно скончался:
После смерти отца Максвелл был избран на должность преподавателя, которую он занял в ноябре, проведя грустное лето в Гленлэре, осуществляя в имении то, что собирался и не успел сделать его отец.
Маришал колледж был вторым старейшим шотландским учебным заведением после Эдинбургского университета. Он выпускал магистров искусств (МА), и обязательными предметами здесь были греческий, латынь, естественная история, математика, натуральная философия, моральная философия и логика. Большинство студентов жили в городе или его окрестностях. Учащиеся в основном происходили из семей торговцев, но также из семей фермеров, священнослужителей, учителей и адвокатов. Дети первых двух категорий обычно не хотели следовать по стопам родителей и мечтали о карьере врачей, священнослужителей, преподавателей или юристов.
Как требовала традиция, любой новый преподаватель должен был прочитать инаугурационную лекцию, на которой присутствовало все университетское сообщество, и объяснить, каким правилам он собирается следовать на своем отделении. Максвелл подготовил ее добросовестно. Он ясно дал понять, что будет не только распространять знания, но также учить студентов думать самостоятельно:
Ученый добавил, что собирается покончить с академической привычкой презрения к эксперименту: лаборатория должна быть основной частью занятий. К счастью, его предшественник был энтузиастом исследования и оставил после себя хорошо оснащенную лабораторию.
Максвелл четко знал, что он хочет делать на своих занятиях, но было необходимо составить письменный план обучения. Его будни были достаточно загружены работой: лекции и практические сессии в колледже, а также (раз в неделю) занятия в Абердинском механическом институте — центре, который открыл свои двери в ответ на новые требования промышленной революции дать техническое образование рабочим. В течение трех десятилетий предшественники Максвелла занимались тем, что по вечерам читали лекции слушателям раз в неделю, и он был очень рад продолжить эту традицию. Таким образом, его еженедельная аудиторная нагрузка занимала 15 часов, к чему добавлялось время, которое он посвящал административным и бюрократическим формальностям своего отделения, а также подготовке к занятиям.
Кроме того, Максвелл стремился уделять время исследованиям.
Тема лекции: Цветовые системы 19 века. Система Джеймса Кларка Максвелла.
Джеймс Кларк Максвелл
Джеймс Клерк (Кларк) Максвелл (англ. James Clerk Maxwell; 13 июня 1831, Эдинбург - 5 ноября 1879, Кембридж) - британский физик и математик. Шотландец по происхождению. Член Лондонского королевского общества (1861). Максвелл заложил основы современной классической электродинамики (уравнения Максвелла), ввёл в физику понятия тока смещения и электромагнитного поля, получил ряд следствий из своей теории (предсказание электромагнитных волн, электромагнитная природа света, давление света и другие). Он является одним из основателей кинетической теории газов, установил распределение молекул газа по скоростям (распределение Максвелла). Максвелл одним из первых ввёл в физику статистические представления, показал статистическую природу второго начала термодинамики ("демон Максвелла"), получил ряд важных результатов в молекулярной физике и термодинамике (термодинамические соотношения Максвелла, правило Максвелла для фазового перехода жидкость - газ и другие). Он является пионером количественной теории цветов, автором принципа цветной фотографии. Среди других работ Максвелла - исследования по устойчивости колец Сатурна, теории упругости и механике (фотоупругость, теорема Максвелла), оптике, математике. Он подготовил к публикации рукописи работ Генри Кавендиша, много внимания уделял популяризации науки, сконструировал ряд научных приборов.
Теория цветов Максвелла
После сдачи экзамена Максвелл решил остаться в Кембридже для подготовки к профессорскому званию. Он занимался с учениками, принимал экзамены в Челтенхем-колледже, заводил новых друзей, продолжал сотрудничать с Рабочим колледжем, по предложению редактора Макмиллана начал писать книгу по оптике (она так и не была закончена), а в свободное время посещал в Гленлэре отца, здоровье которого резко ухудшилось. К этому же времени относится шуточное экспериментальное исследование по "котоверчению", вошедшее в кембриджский фольклор: его целью было определение минимальной высоты, падая с которой, кошка встаёт на четыре лапы.
Однако главным научным интересом Максвелла в это время была работа по теории цветов. Она берёт начало в творчестве Исаака Ньютона, который придерживался идеи о семи основных цветах. Максвелл выступил как продолжатель теории Томаса Юнга, выдвинувшего идею трёх основных цветов и связавшего их с физиологическими процессами в организме человека. Важную информацию содержали свидетельства больных цветовой слепотой, или дальтонизмом. В экспериментах по смешиванию цветов, во многом независимо повторявших опыты Германа Гельмгольца, Максвелл применил "цветовой волчок", диск которого был разделён на окрашенные в разные цвета секторы, а также "цветовой ящик", разработанную им самим оптическую систему, позволявшую смешивать эталонные цвета. Подобные устройства использовались и раньше, однако лишь Максвелл начал получать с их помощью количественные результаты и довольно точно предсказывать возникающие в результате смешения цвета. Так, он продемонстрировал, что смешение синего и жёлтого цветов даёт не зелёный, как часто полагали, а розоватый оттенок. Опыты Максвелла показали, что белый цвет не может быть получен смешением синего, красного и жёлтого, как полагали Дэвид Брюстер и некоторые другие учёные, а основными цветами являются красный, зелёный и синий. Для графического представления цветов Максвелл, следуя Юнгу, использовал треугольник, точки внутри которого обозначают результат смешения основных цветов, расположенных в вершинах фигуры.
Более детально о работах Максвелла в области цвета
1859 год - один из выдающихся годов в истории науки: англичанин Чарльз Дарвин изложил свои идеи происхождения видов и таким образом проложил дорого теории эволюции; и в том же самом году шотландский физик Джеймс Кларк Максвелл (1831-1879) опубликовал свою "Кинетическую теорию газов", в которой он представил статистические подсчёты молекулярных движений и их математическую обработку, известную сегодня как "распределение Максвелла" и внёсшую огромный вклад в наши фундаментальные знания физики.
Постороннему наблюдателю трудно объяснить, насколько известен Максвелл среди физиков. В дополнение к максвеллианскому распределению, его имя также связано с четырьмя так называемыми уравнениями поля, которые объясняют, как распространяется свет и указывают на существование электромагнитных волн. Мы используем приём этих волн сегодня, например, когда слушаем радио. Максвелл показал, что волны света нужно понимать как вибрирующие электрические и магнитные поля, и он объясняет, как волны света могут проходить сквозь общирные пустоты Вселенной и обнаруживать звёзды.
Перед тем, как подойти ещё ближе к пониманию истинной природы света, Максвелл попытался получить более точный доступ к цветам. Физика и измерение света и цвета вновь возникают в пост-ньютоновской истории как результат этого участия, будучи со своим треугольником частью попыток улучшить методы Ньютона по смешиванию света. В предыдущем десятилетии физики научились определять длину волн в районе 10 -7 метров с помощью микроскопических дифракционных решёток. Сегодня длина волн может быть более точно выражена в нанометрах (1 нанометр равен 10 -9 метрам). Длина волн видимого спектра света - от 760 нанометров для красного до 380 нанометров для синего цвета, с зелным цветом примерно в районе 550 нанометров. (Эти значения располагаются вдоль длины кривой.)
Наблюдения Максвелла за цветами основаны на предложениях, сделанных Томасом Юнгом, который уже заметил, что нужно не более 3-х цветов спектра, чтобы воспроизвести все остальные. В то время, когда Юнг представлял свою трихроматическую теорию, многие художники уже давно знали, что они могут намешать любые оттенки, используя три первичных пигмента. Физики, однако, всё ещё находились под влиянием утверждения Ньютона о том, что семь цветов, излучаемых сквозь призму - первичны (элементарны), и поэтому несмешиваемы.
Три рецептора Юнга приобрели убедительность, когда в 1855 году Джордж Уилсон из Эдинбурга представил свой первый статистический анализ цветовой слепоты. В приложении Максвелл смог показать, что подобные наблюдения имели смысл, если наблюдаемый предположительно имел один или два неработающих рецептора.
Максвелл начал свои эксперименты по цветовому смешиванию в Эдинбурге, в лаборатории Дж. Д. Форбса, который работал с быстро вращающимися дисками. Используя этот метод, Форбс хотел смешать спектральные цвета, чтобы получить серый, однако он не смог получить серый смешиванием красного, жёлтого и синего. И вскоре он увидел почему: в этих обстоятельствах синий и жёлтый не образовывали зелёного, но вместо него получился своего рода ярко-розовый. В результате этого Максвелл выбрал красный, зелёный и синий в качестве своих основных цветов, однако чётко подчёркивая, что любое другое трио цвета может быть избрано, и в комбинации они дадут белый цвет. Мы вновь находим эти базовые цвета в его треугольнике.
В свои эксперименты по измерению цвета Максвелл вовлекал подопытных тестируемых, которые судили о том, как цвет образца сравнивался со смесью трёх базовых цветов - красного, зелёного и синего - с помощью стандартизированных источников света до тех пор, пока впечатление от цвета не совпадёт с цветом образца ("подборка цвета"). Относительные пропорции смеси могут быть записаны с помощью трёх чисел, идентифицируемых как R,G,B и известных со времён Максвелла как "трёхцветное значение".
Максвелл сейчас понял, что отражательная способность полихромной поверхности относительно нечувствительна к изменениям яркости, и смог полностью убрать этот фактор из своих расчетов, введя новые параметры r, g, b, прийдя к ним путём деления каждого трёхцветного значения на их общую сумму r = R/(R+G+B), g = G/(R+G+B), and b = B/(R+G+B). Эти новые координаты цвета выполняют простое условие - их сумма равна 1 (r + g + b = 1). Это значит, что все их возможные комбинации могут быть представлены как вершины равностороннего треугольника - треугольника Максвелла.
Поскольку трёхцветные значения цветов, или их цветовые координаты приводятся к единице, треугольник позволяет нам предвидеть результат смеси двух цветов. Все возможные комбинации любых двух цветов будут лежать на линии, связывающей их соответствующие положения внутри треугольника. Естественно, круг Ньютона уже определил результаты цветового смешивания. Но достижение Максвелла было в том, что геометрическое отношение и расположение цветов в его треугольнике имело точное значение, базируемое на психофизических измерениях.
В своих экспериментах по смешиванию цветов Максвелл сумел продемонстрировать, что семицветный круг Ньютона с белым цветом в его середине, безоговорчно удовлетворил требованиям трихроматической теории, поскольку он равнозначен модели, в которой выделена точка для каждого цвета внутри трёхмерного пространства. Введя экспериментальные результаты в свой треугольник, он установил точку для белого цвета. С помощью этой точки Максвелл смог выделить три вариации - похожие на вариации у Гельмгольца - которые характеризуют цвет ("hue" - оттенок (на основе серого), "tint" - светлый тон (на основе белого), "shade" - тёмный тон (на основе черного)). Максвелл также показал, как просто связывать эти три вариации друг с другом и изображать цвета, как сумму трёх основных цветов.
Ограничения этого треугольника, в данном случае, вскоре стали очевидными: его значения базируются на сравнениях пигментов, но свет спектральных цветов может быть намного более интенсивным. Например, если мы ищем месторасположение насыщенного жёлтого, мы обнаружим, что оно должно лежать за пределами линии между G и R. Если нужно вписать все спектральные цвета, включая пурпурные, в диаграмму Максвелла, тогда этот треугольник нужно либо расширить, либо реконструировать. Подобная попытка берёт начало у Гельмгольца. Сейчас мы обращаемся к мудрёному методу, где линия в треугольнике уже настроена (система CIE). Даже сегодня, поскольку машины сами по себе не могут различить между жёлтым и красным, измерение цветов продолжает оставаться сложной задачей. Как всегда, только человек обладает способностью решать. Именно в его глаза падает свет, и из его глаз виден мир.
Согласно этой теории, в глазу имеются три вида приемников лучистой энергии (колбочек), воспринимающих соответственно красную (длинноволновую), желтую (средневолновую) и голубую (коротковолновую) части видимого спектра.
Все наши ощущения есть не что иное, как результат смешения в различных пропорциях этих трех цветов.
При одинаково сильном возбуждении трех видов колбочек создается ощущение белого цвета, при равном слабом — серого, а при отсутствии раздражения — черного. При этом глаз воспринимает яркость предметов путем суммирования ощущений, получаемых тремя видами колбочек, а цветность — как отношение этих ощущений.
Трехкомпонентная теория цветового зрения в настоящее время является почти общепринятой. Предполагается, что в каждом виде колбочек содержится соответствующий цветочувствительный пигмент (йодопсин), обладающий определенной спектральной чувствительностью (характеристикой поглощения). Химический состав пигментов еще не определен.
Но, рассмотрим вклад ученых разных стран в эту теорию:
Нидерландский механик, физик, математик, астроном и изобретатель Христиан Гюйгенс активно участвовал в современных ему спорах о природе света.
Сформулировал так называемый принцип Гюйгенса, позволяющий исследовать движение волнового фронта, впоследствии развитый Френелем и сыгравший важную роль в волновой теории света, и теории дифракции.
На основе многолетних исследований и многочисленных опытов Ломоносов разработал теорию света, с помощью которой объяснил физиологические механизмы цветовых явлений. По мысли Ломоносова, цвета вызываются действием трёх родов эфира и трёх видов цветоощущающей материи, составляющей дно глаза.
Теория цвета и цветового зрения, с которой Ломоносов выступил в 1756 году, выдержала проверку временем и заняла должное место в истории физической оптики.
Шотландский физик, математик и астроном Сэр Дэвид Брюстер внес огромный вклад в развитие оптики. Он известен по всему миру, и не только в научных кругах, как изобретатель калейдоскопа.
Оптические исследования Брюстера не имеют теоретического и математического характера; тем не менее он открыл опытным путем точный математический закон, за которым осталось его имя, относящийся к явлениям поляризации света: луч света, косвенно падающий на поверхность стеклянной пластинки, частью преломляется, частью отражается. Луч, отраженный под углом полной поляризации, составляет прямой угол с направлением, которое принимает при этом преломленный луч; это условие приводит к другому, математическому выражению закона Брюстера, а именно — тангенс угла полной поляризации равен показателю преломления.
Он показал, что неравномерное охлаждение сообщает стеклу способность обнаруживать цвета в поляризованном свете — открытие, важное для физики частичных сил; вслед за тем он обнаружил подобные же явления во многих телах животного и растительного происхождения.
В 1816 г. Брюстер объяснил причину образования цветов, играющих на поверхности перламутровых раковин. До его времени алмаз считался представителем самого сильного преломления света, а лед — самого слабого в твердых телах; его измерения расширили эти пределы, показав, что хромо-кислая соль свинца преломляет сильнее алмаза, а плавиковый пшат — слабее льда. Явления поглощения света различными телами, обнаруживающиеся тем, что в спектре (солнечного) света, через них проходящего, обнаруживается множество темных линий, также были предметом исследований Брюстера. Он показал, что многие из линий солнечного спектра происходят от поглощения некоторых частей света земной атмосферой; подробно исследовал поглощение света газом азотноватого ангидрида и показал, что это вещество в жидком виде не образует спектра поглощения. Впоследствии Б. открыл, что некоторые светлые линии спектров искусственных источников света совпадают с темными, фраунгоферовыми, линиями солнечного спектра, и выразил мнение, что и эти последние, может быть, суть линии поглощения в солнечной атмосфере. Сопоставляя высказанные им в различное время мысли об этом предмете, можно видеть, что Брюстер был на пути к великому открытию спектрального анализа; но эта честь во всяком случае принадлежит Бунзену и Кирхгофу.
Брюстер много пользовался поглощающими свет веществами для другой цели, а именно, он старался доказать, что число основных цветов в спектре не семь, как думал Ньютон, а только три: красный, синий и желтый ("New analysis of solar light, indicating three primary colours etc." ("Edinb. Transact.", том XII, 1834). Его громадная экспериментальная опытность дала ему возможность как будто довольно убедительно доказать это положение, но вскоре оно было опровергнуто, в особенности опытами Гельмгольца, неопровержимо доказавшими, что зеленый цвет есть несомненно простой, и что надо принять по меньшей мере пять основных цветов.
Шотландец по происхождению, британский физик, математик и механик Джеймс Максвелл в 1854 году предложению редактора Макмиллана начал писать книгу по оптике (она так и не была закончена).
Опыты Максвелла показали, что белый цвет не может быть получен смешением синего, красного и жёлтого, как полагали Дэвид Брюстер и некоторые другие учёные, а основными цветами являются красный, зелёный и синий . Для графического представления цветов Максвелл, следуя Юнгу, использовал треугольник, точки внутри которого обозначают результат смешения основных цветов, расположенных в вершинах фигуры.
Серьёзный интерес Максвелла к проблеме электричества позволил ему свормулировать волновую теорию света — одну из теорий, объясняющих природу света. Основное положение теории заключается в том, что свет имеет волновую природу, то есть ведёт себя как электромагнитная волна (от длины которой зависит цвет видимого нами света).
Теория подтверждается многими опытами (в частности, опытом Т. Юнга), и данное поведение света (в виде электромагнитной волны) наблюдается в таких физических явлениях, как дисперсия, дифракция и интерференция света. Однако многие другие физические явления, связанные со светом, одной волновой теорией объяснить нельзя.
Немецкий физик, врач, физиолог и психолог Герман Гельмгольц способствует признанию теории трёхцветового зрения Томаса Юнга.
Теория цветоощущения Гельмгольца (теория цветоощущения Юнга-Гельмгольца, трёхкомпонентная теория цветоощущения) -теория цветоощущения, предполагающая существование в глазу особых элементов для восприятия красного, зелёного и синего цветов. Восприятие других цветов обусловлено взаимодействием этих элементов.
В 1959 году теория была экспериментально подтверждена Джорджом Уолдом и Полом Брауном из Гарвардского университета и Эдвардом Мак-Николом и Уильямом Марксом из Университета Джонса Гопкинса, которые обнаружили, что в сетчатке существует три (и только три) типа колбочек, которые чувствительны к свету с длиной волны 430, 530 и 560 нм, т. е. к фиолетовому, зелёному и жёлто-зелёному цвету.
Теория Юнга—Гельмгольца объясняет восприятие цвета только на уровне колбочек сетчатки и не может объяснить все феномены цветоощущения, такие как цветовой контраст, цветовая память, цветовые последовательные образы, константность цвета и др., а также некоторые нарушения цветового зрения, например, цветовую агнозию.
В 1868 году Леонард Гиршман занимался вопросами цветовосприятия, наименьшего угла зрения, ксантопсии при отравлении сантонином (болезнь, при которой человек видит все в желтом свете) и под руководством Гельмгольца защетил диссертацию "Материалы по физиологии цветоощущения".
Вместо того, чтобы постулировать три типа реакций колбочек, как в теории Юнга-Гельмгольца, Геринг постулирует наличие трёх типов противоположных пар процессов реакции на чёрный и белый, жёлтый и синий, красный и зелёный цвета. Эти реакции происходят на пострецепторной стадии действия зрительного механизма. Теория Геринга выдвигает на первый план психологические аспекты цветового зрения. Когда три пары реакций идут в направлении диссимиляции, возникают тёплые ощущения белого, жёлтого и красного цветов; когда они протекают ассимилятивно, им сопутствуют холодные ощущения чёрного, синего и голубого цветов. Использование четырёх цветов при синтезе цвета дает больше возможностей, чем использование трёх.
Гуревич и Джеймсон развили теорию противоположных процессов Геринга при цветовом зрении до степени, когда различные явления цветового зрения могут быть количественно объяснены как для наблюдателя с нормальным цветовым зрением, так и аномальным цветовым зрением .
Теория Геринга, развитая Гуревичем и Джеймсоном, известна также как оппонентная теория. В ней сохраняется три системы рецепторов: красно-зеленые, желто-голубые и черно-белые. Предполагается, что каждая система рецепторов функционирует, как антагонистическая пара. Как и в теории Юнга – Гельмгольца, считается, что каждый из рецепторов (или пар рецепторов) чувствителен к свету волн разной длины, но максимально чувствителен к волнам определенной длины.
Итак, что же такое цвет? Этот вопрос не одно столетие будоражил умы ученых всего мира. И по-праву основоположником наиболее адекватной теории цвета является Исаак Ньютон. Ньютону принадлежат фундаментальные открытия в области оптики и теории света. Его эксперементальное открытие дисперсии света и дальнейшее ее детальное изучение привело как раз таки к основам цветовой теории - опытным путем Исаак Ньютон показал, что луч света в результате своего преломления при прохождении через призму образует цвета радуги.
Так появилась на свет идея о семи основных цветах. Но на этом наука не встала, и новое поколение ученых продолжило изучение теории цвета. Не менее ценна и интересна теория Гете. Гете проводил немало исследований, в которых он рассмотрел различные раскрашенные изображения на бумаге через призму, и систематически изменял экспериментальные условия - такие как форма, размер, цвет изображений, преломляющий угол призмы, расстояние призмы от рисунка и многое другое. И вот результат: действительно на границах преломленных лучей возникали цветные края, параллельные оси призмы, и взависимости от условий проведения эксперимента можно было увидеть красный и желтый, синий и фиолетовый, а при наложении цветных краев появлялись зеленый и пурпурный и т.д.
Читайте также: