3a. Излучение. Волны. Кванты - Ричард Фейнман

Итак, если глаз содержит три рода цветочувствительного пигмента, то задача заключается в определении формы спектра поглощения для каждого из них. Как это сделать? Известно, что встречаются люди, не различающие цветов; среди мужчин их насчитывается 8%, а среди женщин — 0,5%. Большинство людей, имеющих какие-либо отклонения в цветовом зрении или вообще им не обладающих, чувствительны к изменению цвета в разной степени, но для всех них характерно восприятие трех основных цветов. Есть, однако, и такие люди (их называют дихроматами), для которых любой цвет составлен из двух основных цветов. Естественно предположить, что у них отсут­ствует один из трех пигментов. Если бы существовало три типа дихроматов, для которых правила смешения были бы различ­ны, то у одних должна была бы отсутствовать красная пигмен­тация, у других — зеленая, а у третьих — синяя. По измере­нию восприятия цвета у этих трех типов людей можно определить три искомые кривые поглощения! И действительно, об­наружено три типа дихроматов: два из них встречаются довольно часто, а третий — крайне редко; измерения дали возможность установить спектры поглощения пигмента.

На фиг. 35.6 показан механизм смешения цветов у одного типа людей, страдающих неправильным цветовым восприяти­ем,— так называемых дейтеранопов. У них определенному цвету отвечает на диаграмме линия, а не точка, т. е. все цвета на линии кажутся им одинаковыми.

Фиг. 35.7. Дефект цвето­вого зрения, свойственный протанопам,

Если правильно предположе­ние об отсутствии у такого типа людей одной из трех составных частей цветовой информации, то все линии постоянного цве­та должны пересечься в одной точке. Тщательное измерение на графике показывает, что линии действительно пересекаются в одной точке. Но эти линии были, очевидно, вычислены мате­матиками и вовсе не являются истинными опытными данными! В самом деле, если взять последние опытные данные, то ока­жется, что точка пересечения на фиг. 35.6 находится не там, где она должна быть. Указанное на рисунке положение линий приводит к физически неправильному спектру поглощения: в ряде областей возникает и положительное, и отрицательное поглощение. Но из последних данных Юстовой получается, что кривые поглощения всюду положительны.

Фиг. 35.8. Кривые спектральной чувствительности для рецепторов,

воспринимающих три основных цвета.

Фиг. 35.7 иллюстрирует другой дефект цветового зрения, свойственный протанопам; линии на рисунке сходятся к точке вблизи красного конца граничной кривой. Примерно такое же положение точки пересечения получается и из данных Юстовой. Измерения восприятия цвета у людей, страдающих тремя разными дефектами цветового зрения, окончательно установили кривые поглощения для трех пигментов, они приведены на фиг. 35.8. Окончательно ли? Может быть. Остается выяснить еще следующие вопросы: справедлива ли на самом деле теория трех пигментов, проистекают ли дефекты восприятия цвета из-за недостатка пигмента, и, кроме того, непонятно, насколько правильны данные по смешению цвета в случае дефектов зре­ния. Ряд исследователей получили разные результаты. И воп­росы эти пока находятся в стадии изучения.

§ 6, Физико-химические свойства цветового зрения

Что можно сказать о сравнении полученных кривых со свойствами настоящего глазного пигмента? Пигменты, извлекае­мые из сетчатки, главным образом состоят из одного вида, на­зываемого зрительным пурпуром. Его самые примечательные свойства заключаются в том, что он присутствует в глазах почти всех позвоночных животных и его кривая поглощения почти точно совпадает с кривой чувствительности глаза.

На фиг. 35.9 в одном масштабе изображены кривая погло­щения зрительного пурпура и кривая чувствительности глаза, адаптированного к темноте. Очевидно, именно с помощью пур­пура мы получаем возможность видеть в темноте. Зрительный пурпур представляет собой пигмент палочек и никакого от­ношения к цветовому зрению не имеет. Этот факт был установ­лен в 1877 г. Но и сейчас мы должны сказать, что цветовые пиг­менты колбочек ни разу не были выделены в пробирках. В 1958 г. еще можно было утверждать, что их никто никогда не видел.

Фиг. 35.9. Кривая чувствитель­ности глаза при сумеречном зре­нии и кривая поглощения зри­тельного пурпура.

Но с тех пор два из них были обнаружены Раштоном, который применил очень простой и красивый метод.

Трудность, по-видимому, заключается в том, что глаз гораз­до менее чувствителен к яркому свету, чем к свету малой интен­сивности и, следовательно, для зрения требуется много пурпу­ра, но относительно мало пигмента, восприимчивого к цвету. Замысел Раштона состоял в том, чтобы пигмент оставить в глазе и там как-то определить его свойства. Конкретно он сде­лал следующее. Есть такой прибор — офтальмоскоп, который позволяет послать луч света в глаз через хрусталик и сфокуси­ровать отраженный глазом свет. С помощью этого прибора можно измерить количество отраженного света. В результате получают коэффициент отражения для света, дважды прошед­шего через пигмент (свет отражается задними слоями глазного яблока и снова проходит через пигмент колбочек). В природе не часто бывает так здорово устроено. Колбочки устроены так хитро, что попадающий в них свет многократно отражается и постепенно доходит до маленьких чувствительных точек в вер­шинах колбочек. Попав прямо в чувствительную точку, свет отражается и выходит обратно, проделав значительный учас­ток пути в светочувствительном пигменте. Кроме того, если направить луч в желтое пятно, где нет палочек, можно избежать побочного действия зрительного пурпура. Цвет сетчатки наб­людали уже давно, он имеет оранжево-розоватый оттенок; но сюда примешивается также цвет кровеносных сосудов и цвет задней стенки глаза и т. д. Как узнать, когда в офтальмоскопе виден сам пигмент? Ответ: сначала нужно найти человека с дефектом цветового зрения, у которого пигментов меньше и, следовательно, на котором легче провести анализ. Во-вторых, многие пигменты, в частности зрительный пурпур, обесцвечи­ваются на свету и теряют свою интенсивность; при освещении их концентрация меняется. Поэтому при измерении спектра поглощения глаза Раштон освещал весь глаз другим пуч­ком, меняющим концентрацию пигмента, и измерял изменение спектра, на котором уже не сказывается отражение от сосудов, задней стенки глаза и т. д. Таким путем Раштону удалось по­лучить кривую поглощения для чистого пигмента в глазе протанопа, показанную на фиг. 35.10.

Вторая кривая на фиг. 35.10 получена при исследовании нормального глаза следующим методом: после предварительного изучения нормального глаза и определения, к каким лучам чувствителен данный пигмент, другой пигмент обесцвечивался красным светом, к которому первый пигмент нечувствителен. Красный свет не воздействует на глаз протанопа, а нормальный глаз к этому свету чувствителен: таким способом можно полу­чить кривую для отсутствующего пигмента. Форма одной кри­вой прекрасно согласуется с кривой Юстовой для зеленого пигмента, но другая кривая, красная, несколько смещена.

Фиг. 85.10. Спектр поглощения цветового пигмента протанопа (квадратики) и нормального глаза (точки). В опыте луч проходил сквозь слой пигмента дважды.

Можно думать поэтому, что мы находимся на правильном пути. А может быть, и нет. Последние данные, полученные при ис­следовании дейтеранопов, не указывают на отсутствие какого-то определенного пигмента.

Явление цвета не относится к физике света как таковой. Цвет есть ощущение, а ощущение разных цветов в различных условиях различно. Если, например, взять розовый свет, по­лученный при сложении пучков белого и красного света (из красного и белого может, очевидно, получиться только розо­вый цвет), то в сравнении с ним белый свет может показаться голубым. Предмет, поставленный на пути лучей, отбрасывает две тени — одна из них освещается только белым, а другая — только красным светом. Для большинства людей «белая» тень кажется голубой, но, если увеличивать область тени, пока она не закроет весь экран, мы неожиданно увидим белый, а не голу­бой цвет! Подобные эффекты можно получить и при смешивании красного, белого и желтого света. Эта смесь может дать только оранжево-желтый цвет с разными оттенками. Смешав эти цвета в равных количествах, мы получим только оранжевый цвет. Тем не менее, рассматривая тени, на которые накладываются лучи в разных комбинациях, можно увидеть набор очень кра­сивых цветов, отсутствующих в самом свете (поскольку в нем есть только оранжевые лучи), но возникающих в наших ощуще­ниях. Мы ясно видим разнообразные цвета, совсем непохожие на «физические» цвета, присутствующие в самих лучах света. Важно помнить, что сетчатка сама «осмысливает» свет; она, хотя и бессознательно, сравнивает то, что видит в одной облас­ти, с тем, что видит в другой. А что нам известно о том, как это происходит, будет рассказано в следующей главе.