Istoria creării teoriei tricolore a viziunii. Teoria Helmholtz. Teorii de funcționare a cohleei Teoria rezonanței Helmholtz
Există o serie de diferite teoriile vederii culorilor. se bucură de puțină recunoaștere teoria tricomponentă. Permite existența în retină a trei tipuri de fotoreceptori diferiți care percep culorile - conuri.
M. V. Lomonosov a vorbit despre existența unui mecanism cu trei componente pentru percepția culorilor. Mai târziu această teorie a fost formulată de T. Jung și G. Helmholtz. Conform acestei teorii, conurile conțin diverse substanțe fotosensibile. Unele conuri conțin o substanță care este sensibilă la roșu, altele la verde și altele la violet. Fiecare culoare are un efect asupra tuturor celor trei tipuri de elemente de detectare a culorii, dar în grade diferite. Descompunerea substanțelor fotosensibile provoacă iritarea terminațiilor nervoase. Excitațiile care au ajuns în cortexul cerebral sunt rezumate și dau senzația unei culori uniforme.
Teoria cu trei componente a primit recent confirmarea în studii electrofiziologice. În experimente pe animale, R. Granit a folosit microelectrozi pentru a devia impulsurile de la celulele ganglionare unice ale retinei atunci când aceasta a fost iluminată cu diferite culori spectrale. S-a dovedit că activitatea electrică în majoritatea neuronilor a apărut sub acțiunea razelor de lumină vizibile de orice lungime de undă. Astfel, elementele reactive ale retinei se numesc dominatori. În alte celule ganglionare ale retinei, impulsurile au apărut numai atunci când sunt iluminate de raze de doar o anumită lungime de undă.
Asa au reactionat elementele retinei, numite modulatori. Potrivit lui R. Granit, există 7 modulatori care răspund la razele cu lungimi de undă diferite (de la 400 la 600 mkm), R. Granit consideră că cele 3 componente ale percepției culorii, propuse de T. Jung și G. Helmholtz, sunt obținute prin făcând media curbelor sensibilității modulatorului spectral. Acestea din urmă pot fi grupate în funcție de cele trei părți principale ale spectrului: albastru-violet, verde și portocaliu.
Potrivit altuia teoria vederii culorilor propus de E. Goering, există 3 substanţe ipotetice sensibile la lumină în retină: 1) alb-negru. 2) roșu-verde, 3) galben-albastru. Dezintegrarea acestor substante (disimilare) are loc sub influenta razelor de lumina, in timp ce terminatiile nervoase sunt iritate si se obtine o senzatie de alb, rosu sau galben. Alte raze de lumină provoacă sinteza (asimilarea) acestor substanțe ipotetice, rezultând o senzație de negru, verde și albastru.
Conform teoriei lui E. Hering, razele corespunzătoare uneia sau alteia secțiuni a spectrului determină asimilarea sau disimilarea materiei roșu-verde sau galben-albastre și în același timp disimilarea materiei alb-negru. O combinație a acestor 4 culori poate obține toate celelalte culori. Dacă 2 dintre orice culori provoacă simultan atât disimilarea, cât și asimilarea aceleiași substanțe și, în plus, în egală măsură, atunci, evident, ambele procese sunt echilibrate reciproc și rămâne doar disimilarea substanței alb-negru, ceea ce provoacă o senzație de culoare alba.
G. Hartridge a prezentat recent o teorie policromatică, care admite prezența în retină a 7 tipuri de receptori care răspund la diferite culori. Numărul de receptori sugerați de Cartridge coincide cu numărul de modulatori descriși de Granite, deși relația cu razele din spectrul acestor receptori nu corespunde exact cu curbele de absorbție a razelor de lumină de către modulatorii Granite.
Teoria cu trei componente se bucură de cea mai mare recunoaștere. Ea, însă, ca și ceilalți enumerați teoriile vederii culorilor, explică multe fapte despre fiziologia și patologia vederii culorilor. Cu toate acestea, unele fapte nu primesc o explicație satisfăcătoare pe baza tuturor acestor teorii.
Acesta este în primul rând un fapt de amestecare a culorilor binoculare. Dacă, de exemplu, un ochi privește printr-un filtru de lumină roșie, iar celălalt printr-unul verde, atunci există o senzație de culoare galbenă, și nu albă, ca în cazul amestecării monoculare. Galbenul și albastrul, pe de altă parte, atât cu amestecarea binoculară, cât și cu cea monoculară, dau o senzație incoloră. Aparent, procesele care determină senzația de culoare apar nu numai în retină, ci și în centrală sistem nervos, ceea ce i-a forțat pe unii cercetători să construiască teorii mai complexe ale percepției culorilor, care să ia în considerare, pe lângă procesele care au loc în retină, procesele care au loc în centrii nervoși.
Imagini color consistente. Dacă te uiți la un obiect pictat mult timp și apoi te uiți la o suprafață albă, atunci vezi același obiect, dar pictat într-o culoare suplimentară.
Conform teoriei lui Helmholtz, atunci când se privește îndelung orice culoare, una dintre componentele percepției culorii devine obosită; ca urmare, culoarea corespunzătoare este scăzută din culoarea albă ulterioară; rezultatul este un sentiment de culoare complementară. Conform teoriei lui Hering, disimilarea îmbunătățită a uneia dintre substanțele sensibile la culoare este înlocuită de asimilarea ei îmbunătățită, atunci când un fundal incolor începe să acționeze asupra ochilor.
Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz- fizician, fiziolog și psiholog german. La Moscova după nume Helmholtz numit Institutul de Cercetare a Bolilor Oculare pe strada Sadovo-Chernogryazskaya.
Născut în familia unui profesor. A studiat medicina la Institutul Regal Medico-Chirurgical din Berlin. Obligatoriu pentru absolvenții acestui institut era un serviciu militar de opt ani, care Helmholtz a început în 1843 la Potsdam ca medic militar. Prin recomandare Alexander Humboldt i s-a permis să părăsească prematur serviciul militar și să înceapă să predea anatomie în 1848 la Academia din Berlin. În 1849 Helmholtz invitat la Königsberg, unde a primit titlul de profesor de fiziologie și patologie. Din 1855 a condus departamentul de anatomie și fiziologie din Bonn, din 1858 - departamentul de fiziologie din Heidelberg. În 1870 a devenit membru Academia Prusacă de Științe.
Din 1871 a primit titlul de profesor de fizică și a lucrat la Berlin. În 1888 Helmholtz devine primul președinte Biroul Imperial Fizico-Tehnicîn Charlottenburg.
În primul lor lucrări științifice la studierea proceselor de fermentaţie şi de generare a căldurii la organismele vii Helmholtz ajunge la formularea legii conservării energiei. În cartea lui „Despre păstrarea puterii” (1847) el formulează legea conservării energiei mai riguros şi mai detaliat decât Robert Mayerîn 1842 și contribuie astfel în mod semnificativ la recunoașterea acestei legi contestate atunci. Mai tarziu Helmholtz formulează legile conservării energiei în procesele chimice şi introduce în 1881 conceptul energie gratis- energia care trebuie transmisă corpului pentru a-l aduce în echilibru termodinamic cu mediu inconjurator(F = U - TS, unde U este energia internă, S este entropia, T este temperatura).
Din 1842 până în 1852 a studiat creșterea fibrelor nervoase. Paralel Helmholtz studiind activ fiziologia vederii și a auzului. De asemenea Helmholtz creează un concept „inferențe inconștiente”, conform căreia percepția reală este determinată de deja existentă a individului "cai obisnuite", datorită căruia se păstrează constanța lumii vizibile, în timp ce senzațiile și mișcările musculare joacă un rol semnificativ. El dezvoltă o teorie matematică pentru a explica nuanțele de sunet folosind tonuri.
Helmholtz promovează recunoașterea teorii ale vederii tricromatice Thomas Young, inventează în 1850 oftalmoscop pentru a studia fundul de ochi, în 1851 - oftalmometru pentru a determina raza de curbură a corneei. Angajati si studenti Helmholtz au fost W. Wundt, I. M. Sechenovși D. A. Lachinov.
Stabilirea legilor de comportare a vârtejurilor pentru fluide inviscide Helmholtz pune bazele hidrodinamicii. Studii matematice ale unor fenomene precum vârtejurile atmosferice, furtunile și ghețarii Helmholtz pune bazele meteorologiei științifice.
O serie de invenții tehnice Helmholtzîi poartă numele. Bobina Helmholtz constă din doi solenoizi coaxiali, îndepărtați la o distanță de raza lor și servesc la crearea unui câmp magnetic uniform deschis. Rezonator Helmholtz Este o bilă goală, cu o deschidere îngustă și este folosită pentru analiza semnalelor acustice, precum și în construcția difuzoarelor de sunet de joasă frecvență pentru a spori frecvențele joase, sau invers, este folosită pentru a suprima frecvențele nedorite din încăperi.
A dedicat multe lucrări Helmholtz fundamentarea universalității principiului celei mai mici acțiuni.
Adăugări la lucrarea lui Helmholtz despre culoare
Hermann von Helmholtz (1821-1894) a fost un maestru absolut Stiintele Naturii a timpului său. Le-a deținut și le-a înțeles. Prima sa realizare științifică în 1847, la vârsta de 26 de ani, a fost formularea principiilor conservării energiei. Helmholtzși-a demonstrat și marele talent practic – a inventat oftalmoscopși teoria sensibilității la sunet (1862); a propus, de asemenea, o teorie a combinației de tonuri și o analiză a timbrului instrumentelor muzicale, aprofundând chiar și în teoria armoniei.
Celebrul lui „Manual de optică fiziologică” a apărut între 1856 și 1867, care a devenit recunoscută internațional 60 de ani mai târziu traducere in engleza. În el Helmholtz reprezintă 3 variabile care sunt încă folosite pentru a caracteriza culoarea: nuanță, saturație și luminozitate. El a fost primul care a demonstrat în mod inconfundabil că culorile pe care le-a văzut newtonîn spectru diferă de culorile suprapuse pe o bază albă cu ajutorul pigmenților. Culorile spectrale strălucesc mai intens și sunt mai saturate. Se amestecă aditiv, în timp ce pigmenții se amestecă subtractiv. În orice caz, combinațiile lor apar după reguli diferite.
Cercetare Helmholtz au fost produse conform analogiei mereu existente între ochi și ureche. Cele trei caracteristici menționate mai sus ale senzațiilor de culoare au fost alese pentru a corespunde celor trei dimensiuni ale sunetului: puterea, înălțimea și timbrul. Singura diferență dintre fenomenele sonore și percepția culorilor este aceea ochiul nu poate distinge componentele de culori mixte, în timp ce urechea poate separa cu ușurință elementele unui sunet complex. După cum a spus el însuși Helmholtzîn 1857: „Ochiul nu poate separa culorile combinate unele de altele; le vede ca o senzație insolubilă, simplă, de o culoare amestecată. Prin urmare, nu contează pentru ochi ce culori primare sunt combinate într-o culoare mixtă: condiții de vibrație simple sau complexe. Nu există armonie în același sens ca cu urechea; nu există muzică."
Ca Thomas Jung, Helmholtz apărat sistem tricolorși a demonstrat că fiecare culoare poate fi compusă ca amestec de trei culori de bază- de exemplu, roșu, verde și albastru-violet ca atare "flori simple". În manualul său, marele fiziolog prezintă mai multe sugestii pentru aranjarea acestor culori simple sau pure - acoperind astfel întregul spectru. De asemenea, a încercat să intervină – mai degrabă dezinvolt, dar totuși viu articulat – între Newtonși Maxwell. Pentru Helmholtz triunghi Maxwell prea mic pentru a găzdui culorile spectrale bogate și cercul Newton nu se aplică exact teoriei tricromatice, care pătrunde adânc în miezul problemei.
Helmholtz mai întâi plasează culorile spectralestrâmb pentru a realiza o mai bună înțelegere a amestecării lor. Reprezintă un fel de câmp de forță al florilor - câmp de culoare -cu alb la mijloc corespunzând centrului gravitaţional newtonian. Helmholtz a observat că, pentru a obține alb, nu avea nevoie de părți egale de violet-albastru și galben, de exemplu. Astfel, și-a aranjat culorile în așa fel încât acele culori suplimentare care se cereau în număr mai mare să aibă mai multă „pârghie”.
Un cerc Newton servește drept bază pentru al doilea proiect Helmholtz, în care sunt construite două triunghiuri după ce se omite partea care se intersectează cu linia dintre roșu (R) și violet (V). Această trunchiere este posibilă fără prejudiciu doar pentru că cele două culori în cauză semnifică ambele capete ale spectrului (în sistem CIE vom întâlni această linie din nou ca magenta). În figură vedem două triunghiuri, ale căror unghiuri sunt determinate în fiecare caz de două combinații posibile de culori de bază, între care Thomas Young la începutul secolului al XIX-lea. Triunghiul de colț violet, roșu și verde (VRG) conține astfel toate culorile care rezultă din amestecarea violet, roșu și verde, același lucru este valabil și pentru triunghiul de colț roșu, galben și cyan (RYC). Din figură și, de asemenea, din triunghi Maxwell devine evident că nu toate culorile pot fi scrise în acest fel și că o bucată uriașă din roata de culori este lăsată pe lângă.
Cu siguranță, la momentul respectiv Helmholtz nu exista nicio îndoială cu privire la corectitudinea teoriei tricromatice, iar acest lucru a întărit credința că trebuie să existe un triunghi ideal în care să fie loc pentru toate culorile spectrului. Cu structura rămasă Helmholtz a revenit la acea primă curbă a culorilor simple, pe care a trasat-o pornind de la presupunerea că cantitatea de lumină în diferite culori poate fi considerată aceeași atunci când, la o anumită intensitate a luminii, acestea par ochiului la fel de strălucitoare. Pe baza culorilor de bază pure de roșu și violet, fără alte explicații, Helmholtz mută punctul care caracterizează percepția noastră asupra verdelui pur în punctul A pentru a forma triunghiul AVR, care include acum toate senzațiile de culoare.
Ulterior Helmholtz ajunge la concluzia că, în opinia sa, culorile roșu pur și violet pur ale spectrului nu sunt simple senzații ale culorii de bază și, din acest motiv, linia de jos ar trebui să fie mutată la valorile V1 și R1. Culorile care pot fi obținute direct prin intrarea luminii într-un ochi normal se vor afla pe curba apropiată V1ICGrGR1 (abrevierea se referă la indigo, cyan, verde și galben). Triunghiul conține altfel culori care sunt mai departe de alb și, prin urmare, mai saturate decât toate culorile normale.
Helmholtzși Maxwell concentrat pe alegerea diagramei celei mai potrivite pentru a explica fenomenele observate în raport cu amestecurile de culori. Întrucât teoria tricromatică era actuală și general acceptată, atenția lor s-a îndreptat către geometria triunghiului, nesocotind complet aspectele fenomenologice. Întrebarea privind poziția culorilor spectrale în fiecare triunghi a fost în cele din urmă rezolvată la sfârșitul secolului al XIX-lea, când A. Königși K. Diterici a studiat „principalele senzații în sistemele de culoare normale și anormale și distribuția intensității lor în spectru” și a indicat direcția liniei pe care am construit-o în triunghi. Maxwell. Acest lucru va fi adevărat doar din punct de vedere științific dacă ne imaginăm un triunghi perfect ale cărui culori sunt mai saturate decât culorile spectrale (E reprezintă punctul de energie egală, iar acest lucru poate fi interpretat și ca culoare alba). Rezultatele amestecului spectral ilustrează cum newton a simplificat faptele când a sugerat că saturația culorilor amestecate ar fi mai mică dacă, în ordinea culorilor, componentele lor sunt mai îndepărtate.
Muncă Koenigși Diterichi aparut in „Jurnal de psihologie”în 1892 și era evident că avantajul culorilor a fost pierdut pentru fizicienii moderni. Dar puterea de percepție va prevala în cele din urmă; fără el, jocul tehnic cu culorile s-ar restrânge prea mult la desene geometrice, chiar dacă acest joc este practicat de asemenea genii precum Helmholtz sau Maxwell.
În 1863 Helmholtzși-a fundamentat teoria rezonanței, bazată pe presupunerea că melcul, cu ajutorul fenomenelor de rezonanță fizică, poate descompune sunete complexe în tonuri simple. Datorită faptului că membrana principală este întinsă în direcția transversală datorită fibrelor elastice și deoarece are o lățime diferită la baza și partea superioară a cohleei, Helmholtz a considerat că este o formațiune potrivită care rezonează în diferite zone la sunete de diferite tonuri.
Mai ales multe obiecții împotriva teoriei rezonanței este disponibil din partea fizicienilor, iar în prezent ar trebui abandonată teoria rezonanței în vechea interpretare. Noile observații și considerații teoretice pledează împotriva faptului că în cohlee în timpul trecerii sunetului există o rezonanță mecanică similară cu rezonanța corzilor. Deoarece membrana principală este o membrană întinsă continuă, orice deformare va afecta mai mult sau mai puțin puternic o bandă largă sau chiar întreaga membrană, dar cu un maxim într-un anumit loc.
A mai fost indicat la faptul că, sub influența sunetelor din limfa cohleei, au loc procese hidrodinamice complexe, de care deformările membranelor depind nu mai puțin decât de proprietăți fizice membrana cea mai de bază. Prin urmare, majoritatea cercetătorilor care au urmat sunt în favoarea unei mari deformări a membranei principale. Mulți dintre autori au propus o teorie bazată pe recunoașterea unui mecanism de „undă care călătorește”, similar cu cel observat atunci când capătul unei frânghii întinse este scuturat.
Conform cu aceasta teorii, deformarea membranei principale, cauzată de împingerea etrierului, se deplasează cu o anumită viteză sub forma unui val de deformare în mișcare de-a lungul membranei principale.
Diferențele de opinii ale individului autorii constă doar în faptul că unii cred că unda de deformare se atenuează rapid, trecând printr-un anumit spațiu de-a lungul membranei, în timp ce alții cred că unda care călătorește trece pe toată lungimea membranei, iar alții, în cele din urmă, admit că undele stătătoare sunt formate prin reflecție, ca și figurile lui Chladni (teoria lui Ewald).
Punerea în aplicare realizări moderne în acustică, Bekeshi (1928) a studiat pe experimente model, precum și prin observarea membranei principale la un cobai, realizată cu ajutorul instrumentelor optice și a micromanipulatoarelor, natura modificărilor pe care le suferă membrana principală în timpul stimulării sonore.
Pe un foarte modele perfecte, alegând elasticitatea și grosimea corectă a unei pelicule speciale de cauciuc, a putut demonstra că picturile obținute de Ewald erau un artefact. În experimentele sale pe o membrană, sub influența sunetului, a apărut o undă care călătorește cu o amplitudine în descompunere rapidă. La locul amplitudinii maxime au fost observate vârtejuri, a căror viteză de rotație este proporțională cu mărimea amplitudinii.
Pentru sunete puternice s-au obținut rupturi de punct ale membranelor, care au fost cauzate de acțiunea a două vârtejuri de pe ambele părți ale membranei. Localizarea acestor perforații depindea de frecvența de oscilație: cu cât sunetul era mai mare, cu atât s-a format orificiul mai aproape de bază.
Pe droguri melci Cobaiul Bekesy a observat că excursiile membranei principale au o zonă mai largă la sunetele joase, iar oscilația membranei este vizibilă doar în partea superioară a cohleei. Folosind un micromanipulator, el a putut chiar să măsoare devierea membranei principale.
Din modern teorii Teoria Fletcher-Roaf merită o atenție specială, deoarece ne extinde înțelegerea rezonanței, un fenomen general acceptat în fizică, care cel mai bun mod explică analiza unui sunet complex în resturile sale. Acești autori au folosit datele lui Lutz, care a arătat că nu numai corzile și membranele, ci și coloanele de lichide pot participa la rezonanță. Lutz a umplut tuburi în formă de U cu diferite porțiuni de apă și a făcut ca lichidul să vibreze folosind vibratoare. S-a dovedit că intensitatea oscilației coloanei de lichid depinde de frecvența de vibrație a vibratorului.
Cu vibrații lente, cel mai mare balansarea coloanei de lichid s-a observat în tuburi care conţineau o cantitate mare de apă, dimpotrivă, cu vibraţii frecvente, cele mai energice vibraţii au fost făcute de un lichid de volum mic.
TEORIE
Dar pentru început, destul de teorie, altfel nu este clar cum poate fi acest lucru în principiu și de ce știm foarte puțin despre asta.
Cu aproximativ 180 de ani în urmă, fizicianul german, fiziologul Hermann Helmholtz, a sugerat activitatea ochiului uman. Ce a sugerat Helmholtz? El a sugerat că ochiul uman are forma unei mingi, în partea din față există o lentilă, o lentilă biconvexă, iar în jurul cristalinului se află așa-numitul mușchi ciliar circular.
Deci, cum vede o persoană conform Helmholtz?
Când mușchiul ciliar este relaxat, cristalinul este plat, focalizarea cristalinului este pe retină și un astfel de ochi relaxat cu o lentilă plată vede perfect în depărtare, deoarece o imagine clară a obiectelor îndepărtate, conform legilor din optica geometrică, este construită în zona de focalizare a sistemului optic. În acest caz, o imagine clară a unui obiect îndepărtat va fi doar pe retină.
Dar trebuie să-l vezi de aproape. Pentru a vedea de aproape, trebuie să modificați parametrii acestui sistem optic. Și Helmholtz a sugerat că, pentru a vedea de aproape, o persoană încordează mușchiul ciliar, comprimă cristalinul din toate părțile, cristalinul devine mai convex, își schimbă curbura, distanța focală a lentilei convexe scade, focalizarea merge în interiorul ochi, iar un astfel de ochi cu o lentilă convexă vede bine de aproape. Pentru că în spatele focalizării sistemului optic se construiește o imagine clară a obiectelor apropiate conform legilor aceleiași optici geometrice. În acest caz, imaginea acestui obiect apropiat va apărea din nou exact pe retină.
Deci, o persoană trebuie să vadă în depărtare. A clipit, și-a relaxat mușchiul ciliar - cristalinul este plat, vede în depărtare. Trebuie văzut de aproape - încordează mușchiul ciliar, cristalinul este convex și vede de aproape.
Ce este miopia după Helmholtz?
La unii oameni (Helmholtz însuși nu a înțeles de ce), mușchiul ciliar se încordează, cristalinul devine convex și acest mușchi nu se relaxează înapoi. Astfel de oameni cu o lentilă convexă, i-a numit miopi. Ei văd bine de aproape, dar nu văd departe, deoarece o imagine clară a unui obiect îndepărtat este construită în regiunea de focalizare a sistemului optic. În acest caz, o imagine clară va fi în interiorul ochiului. Și pe retină va exista un fel de pată neclară, pătată, neclară. Și apoi Helmholtz a propus să compenseze miopia cu ajutorul unei lentile biconcave negative minus pentru ochelari. Și distanța focală a sistemului (o lentilă concavă plus o lentilă convexă) crește. Cu ajutorul ochelarilor, focalizarea revine pe retina ochiului, iar persoanele miope cu ochelari minus văd perfect în depărtare.
Și de atunci, 180 de ani, totul oftalmologi din lume, miopii ridică ochelari minus și îi recomandă pentru purtare constantă.
Care dintre voi este miop? Ridicați mâinile, vă rog. Iată, după cum se spune, necazul tău și problema ta.
Ce este hipermetropia după Helmholtz?
La mulți oameni, credea Helmholtz, activitatea mușchiului ciliar slăbește odată cu vârsta. Drept urmare, lentila este plată, focalizarea lentilei este pe retină, iar cei cu vedere la depărtare văd perfect în depărtare. Dar trebuie să-l vezi de aproape. Pentru a vedea de aproape, trebuie să strângeți lentila, să o faceți convexă. Și forța mușchiului de a comprima cristalinul nu este suficientă. Și o persoană se uită într-o carte și o imagine clară a literelor este construită în spatele focalizării sistemului optic, undeva mai aproape de ceafă. Iar pe retină va exista doar o pată neclară, pătată, neclară. Și apoi Helmholtz a propus să compenseze hipermetropie cu ajutorul unei lentile biconvexe plus ochelari. Și distanța focală a sistemului (o lentilă convexă plus o lentilă plată) scade. Cu ajutorul ochelarilor, focalizarea este îndreptată în interiorul ochiului, iar cei cu vedere la mare în ochelari plus văd perfect de aproape.
Și de atunci, de 180 de ani, toți oftalmologii din lume aleg ochelari plus pentru vederi, recomandându-i pentru lectură și pentru lucrul în apropiere.
Care dintre voi este hipermetrope? Ridicați mâinile, vă rog.
Conform acestei teorii, în ochi există trei tipuri de receptori de energie radiantă (conuri), care percep, respectiv, părțile roșii (undă lungă), galbenă (undă medie) și albastră (undă scurtă) a vizibilului. spectru.
Toate senzațiile noastre nu sunt altceva decât rezultatul amestecării acestor trei culori în diferite proporții.
Cu o excitare la fel de puternică a celor trei tipuri de conuri, se creează o senzație de culoare albă, cu o excitare egală slabă - gri, iar în absența iritației - negru. În acest caz, ochiul percepe luminozitatea obiectelor însumând senzațiile primite de cele trei tipuri de conuri, iar culoarea - ca raport al acestor senzații.
Teoria cu trei componente a vederii culorilor este acum aproape universal acceptată. Se presupune că fiecare tip de con conține un pigment corespunzător sensibil la culoare (iodopsină), care are o anumită sensibilitate spectrală (caracteristică de absorbție). Compoziție chimică pigmenții nu au fost încă determinați.
Dar, luați în considerare contribuția oamenilor de știință din diferite țări la această teorie:
Mecanic, fizician, matematician, astronom și inventator olandez Christian Huygens a participat activ la disputele contemporane despre natura luminii.
În 1678 a publicat A Treatise on Light, o schiță a teoriei ondulatorii a luminii. O altă lucrare remarcabilă a publicat-o în 1690; acolo a prezentat teoria calitativă a reflexiei, refracției și refracției duble în spatul islandez în aceeași formă în care este prezentată acum în manualele de fizică.
El a formulat așa-numitul principiu Huygens, care face posibilă investigarea mișcării unui front de undă, care a fost dezvoltat ulterior de Fresnel și a jucat un rol important în teoria ondulatorie a luminii și în teoria difracției.
Teoria în trei părți a vederii culorilor a fost exprimată pentru prima dată în 1756 Mihail Lomonosov când a scris „despre cele trei chestiuni ale fundului ochiului” în lucrarea sa „Despre originea luminii”.
Pe baza multor ani de cercetări și a numeroase experimente, Lomonosov a dezvoltat o teorie a luminii, cu ajutorul căreia a explicat mecanismele fiziologice ale fenomenelor de culoare. Potrivit lui Lomonosov, culorile sunt cauzate de acțiunea a trei tipuri de eter și trei tipuri materie sensibilă a culorii care formează partea inferioară a ochiului.
Teoria culorii și a vederii culorilor, propusă de Lomonosov în 1756, a rezistat testului timpului și și-a luat locul cuvenit în istoria opticii fizice.
fizician scoțian , matematician și astronom Sir David Brewster a avut o contribuție uriașă la dezvoltarea opticii. El este cunoscut în întreaga lume, și nu numai în cercurile științifice, ca inventatorul caleidoscopului.
Cercetarea optică a lui Brewster nu este teoretică și matematică; cu toate acestea, el a descoperit experimental legea matematică exactă, care a lăsat numele său, referitoare la fenomenele de polarizare a luminii: o rază de lumină incidentă indirect pe suprafața unei plăci de sticlă este parțial refractată, parțial reflectată. Un fascicul reflectat la un unghi de polarizare totală formează un unghi drept cu direcția pe care o ia fasciculul refractat în acest caz; această condiție conduce la o altă expresie, matematică, a legii lui Brewster și anume, tangenta unghiului de polarizare completă este egală cu indicele de refracție.
El a arătat că răcirea neuniformă a conferit sticlei capacitatea de a detecta culorile în lumina polarizată, o descoperire importantă pentru fizica forțelor parțiale; după aceea a găsit fenomene similare în multe corpuri de origine animală și vegetală.
În 1816, Brewster a explicat motivul formării culorilor care se joacă pe suprafața scoicilor sidef. Până în vremea lui, diamantul era considerat reprezentantul celei mai puternice refracțiuni a luminii, iar gheața - cea mai slabă din solide; măsurătorile sale au extins aceste limite, arătând că sarea de acid cromic a plumbului refractă mai puternic decât diamantul și perla fluorului - mai slab decât gheața. Fenomenele de absorbție a luminii de către diverse corpuri, manifestate prin faptul că multe linii întunecate se regăsesc în spectrul luminii (solare) care trece prin ele, au făcut și obiectul investigațiilor lui Brewster. El a arătat că multe dintre liniile spectrului solar se datorează absorbției anumitor părți ale lumii de către atmosfera pământului; a studiat în detaliu absorbția luminii de către gazul de anhidridă nitrică și a arătat că această substanță sub formă lichidă nu formează un spectru de absorbție. Ulterior, B. a descoperit că unele linii de lumină din spectrele surselor de lumină artificială coincid cu liniile întunecate, Fraunhofer, ale spectrului solar și și-a exprimat părerea că acestea din urmă sunt, probabil, liniile de absorbție din atmosfera solară. Comparând gândurile exprimate de el în diverse momente asupra acestui subiect, se poate observa că Brewster era pe drumul spre marea descoperire a analizei spectrale; dar această onoare, în orice caz, aparține lui Bunsen și Kirchhoff.
Brewster a folosit mult substanțele absorbante de lumină în alt scop, și anume, a încercat să demonstreze că numărul de culori primare din spectru nu era șapte, așa cum credea Newton, ci doar trei: roșu, albastru și galben („New analysis of lumina solară, indicând trei culori primare etc." ("Edinb. Transact.", Volumul XII, 1834). Vasta sa experiență experimentală i-a permis să demonstreze această propoziție destul de convingător, dar a fost în scurt timp respinsă, în special de experimentele lui Helmholtz, care au dovedit în mod concludent că culoarea verde acolo este, fără îndoială, simplă și că trebuie luate cel puțin cinci culori primare.
Observațiile optice l-au condus pe fizicianul, mecanicul, doctorul, astronomul englez Thomas Young (Thomas Young) la ideea că teoria corpusculară a luminii care predomina la acea vreme era incorectă. S-a pronunțat în favoarea teoriei undelor. Ideile sale au stârnit obiecții din partea oamenilor de știință englezi; sub influența lor, Jung și-a abandonat opinia. Cu toate acestea, în tratatul de optică și acustică „Experimente și probleme în sunet și lumină” (1800), omul de știință a ajuns din nou la teoria ondulatorie a luminii și a luat în considerare pentru prima dată problema suprapunerii undelor. O dezvoltare ulterioară a acestei probleme a fost descoperirea de către Jung a principiului interferenței (termenul în sine a fost introdus de Jung în 1802).
În prelegerea sa „Theory of Light and Colors” susținută de Jung Societății Regale în 1801 (publicată în 1802), el a oferit o explicație a inelelor lui Newton pe baza interferenței și a descris primele experimente pentru a determina lungimile de undă ale luminii. În 1803, în lucrarea sa „Experimente și calcule referitoare la optica fizică” (publicată în 1804), a luat în considerare fenomenele de difracție. După studiile clasice ale lui O. Fresnel asupra interferenței luminii polarizate, Jung a formulat o ipoteză despre natura transversală a vibrațiilor luminii. El a dezvoltat, de asemenea, o teorie a vederii culorilor bazată pe presupunerea că există trei tipuri de fibre senzoriale în retina ochiului care răspund la trei culori primare.
Scoțian de origine, fizician, matematician și mecanic britanic James Maxwellîn 1854, la sugestia editorului, Macmillan a început să scrie o carte despre optică (nu a fost niciodată finalizată).
Cu toate acestea, principalul interes științific al lui Maxwell în acest moment a fost munca la teoria culorilor. Are originea în opera lui Isaac Newton, care a aderat la ideea a șapte culori primare. Maxwell a acționat ca un succesor al teoriei lui Thomas Young, care a prezentat ideea a trei culori primare și le-a conectat cu procesele fiziologice din corpul uman. Informațiile importante au conținut mărturii ale pacienților cu daltonism sau daltonism. În experimentele de amestecare a culorilor, repetând în mare măsură independent experimentele lui Hermann Helmholtz, Maxwell a folosit un „top de culoare”, al cărui disc a fost împărțit în sectoare vopsite în diferite culori, precum și o „cutie de culori”, un sistem optic dezvoltat de el care a permis amestecarea culorilor de referință. Dispozitive similare au fost folosite înainte, dar numai Maxwell a început să obțină rezultate cantitative cu ajutorul lor și să prezică destul de precis culorile rezultate ca urmare a amestecării. Așadar, el a demonstrat că amestecarea culorilor albastre și galbene nu dă verde, așa cum se crede adesea, ci o nuanță roz.
Experimentele lui Maxwell au arătat că albul nu poate fi obținut amestecând albastru, roșu și galben, așa cum credeau David Brewster și alți oameni de știință, iar culorile primare sunt roșu, verde și albastru. Pentru reprezentarea grafică a culorilor, Maxwell, în urma lui Jung, a folosit un triunghi, punctele din interiorul căruia indică rezultatul amestecării culorilor primare situate la vârfurile figurii.
Interesul serios al lui Maxwell pentru problema electricității i-a permis să formuleze teoria ondulatorie a luminii- una dintre teoriile care explică natura luminii. Poziția principală a teoriei este că lumina are o natură ondulatorie, adică se comportă ca o undă electromagnetică (culoarea luminii pe care o vedem depinde de lungimea căreia depinde).
Teoria este confirmată de multe experimente (în special, experiența lui T. Young), iar acest comportament al luminii (sub formă de undă electromagnetică) este observat în fenomene fizice precum dispersia, difracția și interferența luminii. Cu toate acestea, mulți alții fenomene fizice asociat cu lumina nu poate fi explicat numai prin teoria undelor.
În iunie 1860, la întâlnirea Asociației Britanice de la Oxford, Maxwell a dat un raport cu privire la rezultatele sale în domeniul teoriei culorii, susținându-le cu demonstrații experimentale folosind o cutie de culori. Mai târziu în acel an, Londra societate regală i-a acordat Medalia Rumfoord pentru cercetare în amestecarea culorilor și optică. 17 mai 1861 la o prelegere la Institutul Regal ( Instituția Regală) pe tema „Despre teoria celor trei culori primare”, Maxwell a prezentat o altă dovadă convingătoare a corectitudinii teoriei sale - prima fotografie color din lume, ideea căreia i-a venit încă din 1855. Împreună cu fotograful Thomas Sutton (ing. Thomas Sutton) a produs trei negative de bandă color pe sticlă acoperită cu emulsie fotografică (colodion). Negativele au fost preluate prin filtre verzi, roșii și albastre (soluții de săruri ale diferitelor metale). Iluminând apoi negativele prin aceleași filtre, s-a putut obține o imagine color. După cum a fost arătat aproape o sută de ani mai târziu de către angajații companiei Kodak, care au recreat condițiile experimentului lui Maxwell, materialele fotografice disponibile nu au permis demonstrarea unei fotografii color și, în special, obținerea de imagini roșii și verzi. Printr-o coincidență fericită, imaginea obținută de Maxwell s-a format ca urmare a amestecării culorilor complet diferite - unde în intervalul albastru și aproape de ultraviolete. Cu toate acestea, experimentul lui Maxwell conținea principiul corect pentru obținerea fotografiei color, care a fost folosit mulți ani mai târziu, când au fost descoperiți coloranți sensibili la lumină.
Fizicianul, medicul, fiziologul și psihologul german Hermann Helmholtz promovează recunoașterea teoriei lui Thomas Jung a vederii în trei culori.
Teoria percepției culorilor a lui Helmholtz (teoria percepției culorilor a lui Jung-Helmholtz, teoria cu trei componente a percepției culorii) este o teorie a percepției culorilor, care presupune existența unor elemente speciale în ochi pentru percepția culorilor roșu, verde și albastru. Percepția altor culori se datorează interacțiunii acestor elemente.
În 1959, teoria a fost confirmată experimental de George Wald și Paul Brown de la Universitatea Harvard și Edward McNicol și William Marks de la Universitatea Johns Hopkins, care au descoperit că există trei (și doar trei) tipuri de conuri în retină care sunt sensibile la lumină. cu unde de lungime 430, 530 și 560 nm, adică până la violet, verde și galben-verde.
Teoria Jung-Helmholtz explică percepția culorilor doar la nivelul conurilor retiniene și nu poate explica toate fenomenele de percepție a culorilor, precum contrastul culorilor, memoria culorilor, imaginile secvențiale ale culorilor, constanța culorii etc., precum și unele tulburări de vedere a culorilor. , de exemplu, agnozia de culoare.
În 1868 Leonard Hirshman a tratat probleme de percepție a culorilor, cel mai mic unghi de vedere, xantopsie în caz de otrăvire cu santonină (o boală în care o persoană vede totul în lumină galbenă) și, sub îndrumarea lui Helmholtz, și-a susținut disertația „Materials on the physiology”. a percepției culorilor”.
În 1870 un fiziolog german Ewald Göring a formulat așa-numitul ipoteza vederii culorilor a adversarului, cunoscută și sub numele de teoria procesului invers sau teoria lui Hering. S-a bazat nu numai pe existența a cinci senzații psihologice, și anume senzația de roșu, galben, verde, albastru și alb, ci și pe faptul că acestea par să acționeze în perechi opuse, completându-se și excluzându-se simultan una pe cealaltă. Esența sa constă în faptul că unele culori „diferite” formează culori intermediare atunci când sunt amestecate, de exemplu, verde și albastru, galben și roșu. Alte perechi de culori intermediare nu se pot forma, dar dau culori noi, precum roșul și verdele. Nu există culoare roșu-verde, există galben.
În loc să postuleze trei tipuri de reacții conice, ca în teoria Young-Helmholtz, Hering postulează prezența trei tipuri perechi opuse de reacții la alb și negru, galben și albastru, roșu și culori verzi. Aceste reacții apar în stadiul post-receptor al mecanismului vizual. Teoria lui Hering evidențiază aspectele psihologice ale vederii culorilor. Când cele trei perechi de reacții merg în direcția disimilației, apar senzații calde de alb, galben și roșu; cand curg asimilativ, sunt insotite de senzatii reci de negru, albastru si albastru. Utilizarea a patru culori în sinteza culorilor vă oferă mai multe opțiuni decât utilizarea a trei.
Gurevich și Jameson au dezvoltat teoria lui Hering a proceselor opuse în viziunea culorilor, în măsura în care diferitele fenomene ale vederii culorilor pot fi explicate cantitativ atât unui observator cu vedere normală a culorilor, cât și cu vederea anormală a culorilor. .
Teoria lui Hering, dezvoltată de Gurevich și Jameson, este cunoscută și ca teoria adversarului. Reține trei sisteme de receptor: roșu-verde, galben-albastru și alb-negru. Se presupune că fiecare sistem receptor funcționează ca o pereche antagonistă. Ca și în teoria Young-Helmholtz, se crede că fiecare dintre receptori (sau perechi de receptori) este sensibil la lumina de diferite lungimi de undă, dar este cel mai sensibil la undele de o anumită lungime de undă.