Цветовые системы
Из школьного курса физики каждый российский человек несомненно наслышан о природе и физических свойствах света. Он распространяется, как вы помните, прямолинейно, скорость его в воздушной среде, в которой, хочется верить, мы с вами все еще пребываем, постоянна и в земной атмосфере не составляет трехсот тысяч километров в секунду, как в космическом вакууме, но все же – что-то около того.
Еще Ломоносов открыл двоякую природу света – корпускулярно-волновую. Это означает, что мельчайшая частица света – квант – ведет себя и как частица, и как волна одновременно.
Свойства частицы проявляются хотя бы в том, что, если вы находитесь в потоке света, на вас оказывается материальное давление. Световые частицы (корпускулы, кванты) непрерывно бомбардируют наш организм, когда бы и где мы ни находились. Впрочем, этого давления мы, конечно, не замечаем. Но знаем о нем. Даже ночью, в темнице, в пространстве блуждают отдельные (и ощутимые, кстати, человеческим глазом) зазевавшиеся световые кванты. Еще до второй мировой войны советскими учеными было доказано, что человеческий глаз – настолько тонкий инструмент, что в силах реагировать и на эти отдельные кванты: на сетчатке глаза периодически возникают незначительные, но видимые всплески света длительностью в доли секунды.
Волновая природа света легче доказуема. Хотя бы тем обстоятельством, что мы имеем возможность различать цвета. Цвет – особенно различия в цвете – это есть способность организма реагировать на разные длины электромагнитных волн. А длина волны непосредственно связана с частотой колебаний (чаще всего имеется в виду количество колебаний в секунду). Так вот различная длина волны (или частота) определяет именно цвет направленного на вас света. Из семи основных цветов спектра – Красный, Оранжевый, Желтый, Зеленый, Голубой, Синий, Фиолетовый ("Как Однажды Жак-Звонарь Городской Свалил Фонарь") – у красного наибольшая длина волны, у фиолетового – наименьшая. И наоборот, частота фиолетового – наибольшая, а красного – наименьшая. Все остальные цвета по порядку располагаются между этими замечательными фиксированными цветами. Составив палитру из ста цветов, мы всегда будем вынуждены расположить их между этими крайними цветами спектра.
Белый цвет – это очень важно – содержит в своем составе все цвета спектра.
Сэр Исаак Ньютон при исследовании свойств света пропускал солнечный луч через малюсенькую дырочку в сплошном черном экране, а на установленном напротив белом экране наблюдал, как падающий в отверстие белый луч разлагается на семь основных составляющих и проецируется на экран как составное пятно, в котором есть и красный, и оранжевый, и желтый… и так далее. Великий физик использовал в этом своем блестящем опыте явление дифракции, свойственное свету, – преломляться на объектах, сопоставимых с длиной его волны. Причем, в зависимости от длины волны, коэффициент дифракции разный, потому и цвета выстраиваются в ряд. В случае с биноклем (часто при большом увеличении виден радужный ореол вокруг объектов) мы наблюдаем почти то же самое, но это называется уже рефракцией – свойством отражаться от шероховатостей (тоже сопоставимых) под разным углом.
Собственно, и от идеальной – с нашей, а не физической – точки зрения, зеркальной поверхности различные цвета света отражаются под разными углами, но их можно зафиксировать специальными приборами.
Как видите, мы уже настолько вдались в физический процесс распространения света, что теперь никак не можем обойти важнейшее из свойств света – свойство отражаться.
Учителям физики очень нравится, когда у вас от зубов отскакивает формула: угол отражения равен углу падения.
Заметили? Фраза звучит как-то неудобоваримо. Знаете почему?
А потому что причина и следствие были перепутаны: с нас требовали говорить кругло и неправильно: "Угол падения луча равен углу отражения", – будто луч падает на гладкую плоскую поверхность только потому, что затем отражается от нее…
Но это детали. Важно другое. Когда мы говорим о законе отражения света, мы говорим, имея в виду идеальную отражающую поверхность. В природе она вовсе не встречается, а самая близкая к идеальной зеркальная поверхность обладает некоторыми свойствами, которые, строго говоря, тоже надо учитывать.
Возьмем наиболее близкое для нас – чистый белый лист бумаги. Он вроде бы идеально белый – так? На него падает свет от электрической лампочки (пусть не от солнца). Но попробуйте без боли взглянуть на электрическую лампочку незащищенным взглядом (при условии, что она горит)… Нет, у вас ничего не получится. Вы тут же прикроете глаза, да и то потом долго еще на вашей сетчатке будет реакция – след от воздействия на нее прямого попадания света нити накаливания. А на лист бумаги, освещенный этой самой лампочкой, вы смотрите нормально – не болят глаза, процесс может длиться почти сколь угодно долго.
Дело в том, что бумага не только отражает свет. Она его еще и рассеивает, и поглощает. А немного – и пропускает (взгляните сквозь этот лист на ту же электролампу). Кстати, именно благодаря этому весь наш мир наполнен цветами, пронизан мягким светом, сквозь который то и дело простреливают резкие играющие радугами лучи – то солнечный зайчик от ветрового стекла автомобиля, то заманчивая сетка отражений от играющей воды, то лунная дорожка… А часть света лампы (правда, вовсе незначительная) отражается, рассеивается и поглощается той толщиной воздушной прослойки, что находится между нею и листом бумаги. Все это в сумме и дает вам возможность безболезненно смотреть на окружающий вас мир, при этом радуясь тому, что умеете различать цвета и оттенки.
Счастливая возможность видеть мир цветным – дана нам законом, по которому все цвета по-разному отражаются, рассеиваются, пропускаются и поглощаются разными поверхностями предметов, окружающих нас.
А глаз устроен так, что видит мир как та самая камера-обскура, с помощью которой Ньютон разглядывал солнечный луч. Хрусталик – отверстие с линзой, а сетчатка – "белый" экран. Сигналы от различных по длине волны лучей распределяются по поверхности сетчатки, и каждая точка дает мозгу свой отдельный сигнал. Специальные клетки, отвечающие за различение цветов – так называемые "палочки" и "колбочки", – говорят мозгу: в этой точке сетчатки отражение объекта, покрашенного в синий цвет. Или нечто иное.
Мозгу же ничего не остается делать, как, восприняв все сведения от всех точек сетчатки, сложить общую картину и любоваться ею, пока не зайдет солнце, а все окружающее не окрасится в темные и почти непроницаемые цвета.