Страница 5 из 37
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.
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.
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.
Н. — Как я и думал, я вижу белый свет. Собираясь воедино, различные цвета спектра вновь образуют белый свет. В этом случае мы еще раз наблюдаем обратимость физических явлений. Вращайте динамомашину, и она даст электрический ток. Подайте в нее электрический ток, и она превратится в двигатель.
Л. — Включите паяльник в розетку, и он нагреется. Нагрейте жало паяльника, и вы получите на концах его провода переменный ток с частотой 50 гц!
Н. — Не смейся надо мною, Любознайкин! Я прекрасно знаю, что далеко не все явления природы настолько обратимы. Но что это за диск, на котором так красиво расположены все цвета спектра?
Л. — Это диск Ньютона (рис. 7). Если ты нажмешь на кнопку, он начнет вращаться.
Рис. 7. Если достаточно быстро вращать диск Ньютона, то цвета в нашем восприятии накладываются один на другой и создают впечатление белого света.
Н. — Так приступим! Что же получится? Смотри, он стал белым! Ну конечно, как я не догадался! И в этом случае цвета вновь воссоединяются.
Л. — Однако то, что мы сейчас видим, отличается от восстановления белого цвета в призме, где происходит наложение всех составляющих в пространстве, а на диске Ньютона происходит сложение во времени. В последнем эксперименте это явление имеет место благодаря сохранению зрительного ощущения, своеобразной «памяти зрения». Коль скоро мы сейчас находимся в главе, посвященной восприятию, проведем один очень забавный эксперимент. Что ты здесь видишь?
Н. — Квадраты из плотной бумаги разного цвета: белый, красный, зеленый и синий (рис. 8).