Статьи и речи - Максвелл Джеймс Клерк

Казалось, лучший путь разрешения загадки красного и зеленого изображений — попытаться повторить работу Саттона. Чтобы это сделать, было желательно (хотя и не существенно) иметь фотоматериал той же чувствительности, что и у него. Материал, чувствительный от 430 mμ и ниже, был специально подготовлен для этого опыта моим коллегой Бертом X. Кэрролом из исследовательской лаборатории Кодак.

Новая эмульсия была, конечно, более «быстрой» (faster) чем та, которой пользовался Саттон, но это само по себе не создавало трудности. Важно было воссоздать в надлежащей концентрации растворы, которые Саттон использовал как фильтры. В его отчёте нет указания на их концентрации. Тем не менее он делает одно существенное замечание, когда говорит, что с синим жидкостным фильтром экспозиция в два раза больше, чем вообще без фильтра: шесть секунд по сравнению с тремя секундами.

Соответственно мы приготовили растворы тех же металлических солей, что у Саттона, и подбирали их концентрации до тех пор, пока экспозиции для красного, зеленого и синего не оказались в том же отношении, что и у Саттона. Для получения «синего» изображения концентрация аммонизированного сульфата меди («аммиачного раствора сульфата меди») была так подобрана, что картинка, снятая через кювету в 3/4 дюйма, с раствором дала «совершённый» негатив при экспозиции, вдвое превышающий ту, которая применялась при съёмке без фильтра. Для получения зеленого изображения концентрация хлорида меди была понижена, пока «в конце концов, не был получен подходящий негатив» при экспозиции в 120 раз больше, чем с синим фильтром. Разбавление было столь значительным, что раствор более не казался глубокого зеленого цвета, а стал сине-зелёным. Химики давно знают, что цвет хлорида меди изменяется при разбавлении раствора. И, наконец, мы приготовили красный фильтр из роданистого железа («тиоцианат меди») и с ним хороший негатив получили при экспозиции, в 80 раз превышающей экспозицию с синим фильтром. Когда мы использовали эти фильтры, чтобы сфотографировать натюрморт, изображающий различные ткани, и затем спроектировали отдельные черно-белые позитивы, освещая их через цветные фильтры, как делал Максвелл, то полученная картина оказалась удивительно красочной репродукцией оригинала. Правда некоторые окраски были значительно сдвинуты по свойству; тем не менее мы смогли получить синий, зелёный, жёлтый, красный и фиолетовый. При желании отдельные негативы (или позитивы) могут быть отпечатаны на стандартной цветной плёнке для получения цветного диапозитива. В этом случае негативы были получены с интерференционными фильтрами, которые по своему действию соответствовали жидкостным фильтрам Саттона.

А теперь — объяснение. Ясно, что наша плёнка, как у Саттона, чувствительна только к крайнему синему и ультрафиолету. Тот факт, что изображения были получены не только с синим, но также с зелёным и красным фильтрам, указывает на то, что все растворы пропускают свет с длиной волны короче, чем 430 mμ. Другими словами, единственным излучением, действовавшим на эмульсию, был свет крайнего синего конца видимого спектра и ещё более короткое невидимое излучение в ультрафиолете. Наша линза, которая во многом подобна линзе Саттона, пропускала ультрафиолет до 325 mμ. Длины волн, пропущенных линзой и тремя растворами (разбавленными), показаны на спектрофотометрических кривых (рис. 1).

Рис. 1. Спектральная чувствительность фотопластин

1 — красный фильтр; 2 — зелёный фильтр; 3 — голубой фильтр; 4 — стеклянная отсечка; 5 — плёночная отсечка

Сразу же ясно, что три фильтра достаточно чётко делят синюю и ультрафиолетовую области спектра на три отдельные области, хотя зелёная содержится внутри синей. Совершенно случайно оказалось, что фильтры, выбранные Саттоном для разделения видимого спектра, действуют аналогичным образом в относительно узком участке света с малой длиной волны. Глядя на эти кривые, следует помнить, что при зеленом фильтре экспозиция была в 120 раз, а при красном — в 80 раз больше, чем при синем. При построении кривых эти коэффициенты не учитывались.

Теперь можно понять, как синий может быть отделен от других цветов и как настоящий зелёный может быть отделен от синего. Но тотчас могло бы показаться, что все, окрашенное в красный, вовсе неразличимо. Оказывается, многие красные краски отражают не только свет, который мы видим как красный, но также много и ультрафиолета (рис. 2). Поэтому красный предмет может дать чёткое изображение на «красной» пластинке не потому, что он красный, а потому, что он более ультрафиолетовый, чем те предметы, которые воспринимаются нами как зеленые и синие. Мы не внаём, конечно, в какие красные тона была окрашена лента, сфотографированная Саттоном. Более того, нет вообще описания её цвета, значит, мы не можем быть уверены в том, что участки ленты, которые получились более яркими у Саттона на красной пластинке, были действительно красного, а не какого-либо другого цвета с высокой отражаемостью в ультрафиолете. Кажется невероятным, однако, чтобы Максвелл показывал фотографию, если бы красные пятна не были на своих местах. Если это так, то они были созданы ультрафиолетовой — красной окраской ленты,— счастливый случай, который ни Максвелл, ни Саттон не могли предвидеть.

Рис. 2. Спектральный анализ красной ткани

1 — красный фильтр; 2 — красная материя

Из рассмотрения позитивов Максвелла можно заключить, что в дополнение к тому, что фильтры произвели разделение по длинам волн, действовал и ряд других факторов, которые дополнили окраску проектируемой им картины. Во-первых, «подходящий» зелёный негатив был сильно недоэкспонирован. Во-вторых, область контраста на трёх негативах очень различна. Только эти технические дефекты должны были бы добавить цвета, которых не было у оригинала. Например, чёрный бархатный фон, видимо, казался зелёным на картинке, которую проектировал Максвелл.

Кроме того, позитивы Максвелла из Кавендишской лаборатории совершенно жёлтые. Если они были жёлтыми ко времени лекции 1861 г., то необходимо ещё рассмотреть дополнительные изменения контрастности, а значит, и цвета. Мы не можем точно узнать, что за источники света были «волшебные фонари» Максвелла, но типичным волшебным фонарём того времени был известный друммондов свет, в котором брусок углекислого кальция нагревался до белого каления в пламени окиси водорода. Такие лампы дают значительно более синий свет, чем газокалильные, используемые сейчас в домашних проекторах. Возможно также, что проекторы Максвелла включали дугу с угольными электродами, которые давали свет более горячий и синий, чем друммондов. В любом случае жёлтый цвет позитивов должен был придавать изображению, которое проектировалось через синий фильтр, большую контрастность, чем изображению, проектируемому через красный фильтр. Изображение, проектируемое через зелёный фильтр, должно было по контрастности занимать промежуточное положение.

Однако не все обнаруженные эффекты были вызваны различием в контрастности и плотности. То, что цвета действительно разделялись между красной, зеленой и синей картинками, может быть продемонстрировано наложением одного негатива, скажем красного, на зелёный или синий позитив. При использовании негативов, различных по контрастности, было бы возможно «вычистить» (blank out) позитив, если негатив и позитив действительно подобны. Но никакая комбинация негативов, полученных по позитивам Максвелла, не приводит к такому результату. Существует меньшее, чем мы могли ожидать, отличие между зелёным и синим, нежели между синим и красным. Если вспомнить главный тезис Максвелла, кажется несколько ироническим то, что жёлтый негатив по существу такой же, как и зелёный, и, вероятно, мог бы быть заменён нм при незначительном изменении результата.

Хотя наша интерпретация эксперимента Максвелла представляется правдоподобной, все-таки остаётся некоторое сомнение. Возможно ли, что коллодиевые пластинки Саттона в какой-то мере обладали чувствительностью к красному и зеленому цвету? Теперь известно, что при определённых, не совсем обычных обстоятельствах такая чувствительность может иметь место даже без применения сенсибилизирующих красителей, которые не были открыты до 1874 г.