Смешивание красного и синего цветов для создания фиолетового — это концепция, с которой мы все знакомы с раннего возраста. Но что на самом деле происходит на научном уровне, когда эти два цвета объединяются, образуя новый? В этой статье мы рассмотрим физику и химию красного, синего и фиолетового света и выясним, что заставляет эти основные цвета смешиваться, создавая удовлетворяющий нас оттенок — фиолетовый.
Чтобы понять, что делает фиолетовый, нам сначала нужно немного разобраться в физике цвета и света. Видимый свет состоит из спектра различных длин волн электромагнитного излучения. Конкретная длина волны света определяет, какой цвет воспринимают наши глаза.
Красный свет имеет самые длинные видимые длины волн, варьирующиеся от примерно 700 нанометров до 620 нм. Синий свет имеет более короткие длины волн, варьирующиеся от примерно 500 нм до 450 нм. Когда красный и синий свет смешиваются и одновременно попадают в наши глаза, наша зрительная система интерпретирует объединенные длины волн как фиолетовый цвет.
Причина, по которой красный и синий цвета при смешивании дают фиолетовый цвет, связана со способом, которым наши глаза распознают цвет. У нас есть специальные фоторецепторные клетки в сетчатке, называемые колбочками, которые чувствительны к разным длинам волн света. Существует три типа колбочек, каждый из которых настроен на максимальную чувствительность к длинноволновому, средневолновому или коротковолновому свету.
| Тип колбочки | Пиковая чувствительность |
|---|---|
| S-колбочки (короткие) | 420-440 нм (синие) |
| M-колбочки (средние) | 534–545 нм (зеленые) |
| L-колбочки (длинные) | 564–580 нм (красные) |
Когда красный свет (около 700 нм) и синий свет (около 450 нм) одновременно попадают на нашу сетчатку, красный свет стимулирует L-колбочки сильнее всего, в то время как синий свет стимулирует S-колбочки. Наша зрительная система объединяет и интерпретирует эти сигналы как новый фиолетовый цвет.
Смешивание красного и синего света для создания фиолетового является примером аддитивного смешивания цветов. При аддитивном смешивании длины волн света объединяются для возбуждения нескольких типов колбочек, производя восприятие новых цветов. Это отличается от субтрактивного смешивания цветов, при котором пигменты избирательно поглощают определенные длины волн.
Аддитивное смешивание цветов с использованием красного, синего и зеленого света является основой для многих цветовых технологий, включая телевизоры, компьютерные мониторы, проекторы и многое другое. Эти устройства воспроизводят широкий спектр цветов, комбинируя фиксированное количество красного, синего и зеленого света. Неслучайно фиолетовый является одним из цветов, получаемых путем объединения излучений из красного и синего каналов.
Рассмотрение кривых чувствительности для различных колбочек дает дальнейшее представление о том, как красный и синий образуют фиолетовый. Как показано на графике ниже, L-колбочки и S-колбочки имеют перекрывающиеся области чувствительности. Красный свет возбуждает L-колбочки, но не S-колбочки. Синий свет возбуждает S-колбочки, но не L-колбочки. Фиолетовый свет правильной длины волны и интенсивности возбуждает как L-, так и S-колбочки в одинаковой степени. Наша зрительная система интерпретирует этот объединенный нейронный сигнал как фиолетовый цвет.
Хотя фиолетовый свет сильно стимулирует клетки L- и S-колбочек, он стимулирует клетки M-колбочек в меньшей степени. M-колбочки имеют пик чувствительности между L- и S-колбочками. Они умеренно стимулируются как красным, так и синим светом, просто не так сильно, как L- и S-колбочки соответственно. Сигналы M-конусов также способствуют восприятию фиолетового цвета, отличая его от чистого красного или синего света.
Регулируя интенсивность и точные длины волн красного и синего света, которые смешиваются, можно получить широкий спектр фиолетовых оттенков, от красновато-фиолетовых до синевато-фиолетовых. Более интенсивный красный свет смещает смесь в сторону красновато-фиолетовых оттенков, в то время как более интенсивный синий свет смещает ее в сторону синевато-фиолетовых. Тонкая настройка стимуляции L-, M- и S-конусов позволяет получать фиолетовые цвета по всему спектру путем аддитивного смешивания красного и синего.
При смешивании цветных пигментов или красителей, таких как краски или чернила, сочетание красного и синего также дает фиолетовый цвет. Но физика субтрактивного смешивания цветов отличается от аддитивного смешивания света. Пигменты избирательно поглощают определенные длины волн света и отражают другие. Фиолетовый пигмент поглощает зеленый, желтый и оранжевый цвета, отражая красный и синий. Но на атомном уровне схожие принципы взаимодействия света действуют при смешивании пигментированных или окрашенных красных и синих цветов для создания фиолетовых цветов.
За пределами сетчатки сигналы от L-, M- и S-колбочек поступают через зрительный нерв в мозг, где происходит дополнительная обработка цвета. Зрительная область V1 получает простые сигналы длины волны, а затем в экстрастриарных областях происходит более сложная обработка цвета. Конечным результатом является наше восприятие нового цвета, называемого фиолетовым, когда смешиваются красный и синий. Это демонстрирует важность как оптического восприятия, так и нейронной обработки в явлении объединения красного и синего цветов для получения фиолетового цвета.
Когда смешивается красный и синий свет, красные длины волн сильно стимулируют L-колбочки в нашей сетчатке, в то время как синие длины волн стимулируют S-колбочки. Объединенные сигналы интерпретируются зрительной системой как новый цвет: фиолетовый. Это аддитивное смешивание позволяет создавать ряд пурпурных оттенков путем регулировки соответствующей интенсивности красного и синего света. Похожий принцип действует на молекулярном уровне, когда красные и синие пигменты или красители смешиваются для создания пурпурного цвета посредством субтрактивного смешивания цветов. Таким образом, хотя пурпурный цвет является простым сенсорным опытом, наука, лежащая в основе красного и синего, создающих пурпурный цвет, невероятно сложна.