Люди могут видеть только небольшую часть электромагнитного спектра, что означает, что мы не можем видеть истинные цвета окружающего нас мира. Наши глаза имеют цветовые рецепторы, которые позволяют нам видеть свет в видимом спектре, который включает все цвета радуги. Но многие существа могут видеть длины волн света, невидимые для людей, открывая красочное измерение, которое мы едва ли можем себе представить.
В сетчатке человеческого глаза есть специализированные клетки, называемые колбочками, которые позволяют нам видеть цвет. Существует три основных типа колбочек, каждый из которых чувствителен к разным длинам волн света:
Объединяя входные данные от этих трех типов колбочек, мозг может воспринимать весь спектр видимого света, который варьируется от примерно 380 нанометров (фиолетовый) до 740 нанометров (красный). Этот диапазон составляет менее 0,0035% полного электромагнитного спектра, что выходит далеко за пределы того, что мы можем видеть.
Многие виды могут видеть части электромагнитного спектра, невидимые для человека. Например, пчелы видят ультрафиолетовый свет, что позволяет им замечать ультрафиолетовые узоры на цветах, которые сигнализируют о наличии нектара внутри. У бабочек спектр еще шире, они видят от инфракрасного до ультрафиолетового. Золотые рыбки и птицы видят в инфракрасном диапазоне, обнаруживая тепло, что позволяет им находить теплокровную добычу.
Некоторые змеи могут видеть инфракрасные длины волн, что помогает им охотиться на мелких млекопитающих в полной темноте. У ямкоголовой змеи между глазами и ноздрями есть теплочувствительные ямки, которые обнаруживают инфракрасное излучение, создавая тепловое изображение своего окружения.
Рак-богомол воспринимает невероятный диапазон цветов. У них 12 различных типов фоторецепторных клеток (по сравнению с нашими 3), что расширяет их зрение в ультрафиолетовый диапазон, а также немного в инфракрасный. По сути, они видят невообразимо более широкий спектр радуги.
Современные технологии позволяют нам визуализировать некоторые невидимые части спектра. Очки ночного видения обнаруживают инфракрасный свет, чтобы улучшить видимость в темноте. Ультрафиолетовая фотография выявляет скрытые УФ-структуры в цветах и бабочках. Но даже эти технологии лишь немного расширяют диапазон человеческого зрения.
Чтобы увидеть все великолепие электромагнитного спектра, необходима система многоспектральной камеры. Она использует несколько фильтров для захвата полос пропускания от инфракрасного до ультрафиолетового, а затем объединяет изображения для создания репрезентативной картины, показывающей истинный цвет.
НАСА часто использует многоспектральную съемку для астрономии и спутникового картографирования. Изображения с таких космических телескопов, как Хаббл и Спитцер, показывают потрясающие космические явления в экзотических длинах волн, которые намного превосходят человеческое зрение. Туманности ярко светятся в инфракрасном диапазоне, а межзвездная пыль мерцает в ультрафиолетовом.
| Виды | Диапазон цветового зрения |
|---|---|
| Люди | 380-740 нм (видимый свет) |
| Медоносные пчелы | 300-650 нм (от ультрафиолета до красного) |
| Бабочки | 300-750 нм (от ультрафиолета до инфракрасного) |
| Золотые рыбки | 320-1000 нм (от ультрафиолета до ближнего инфракрасного) |
| Птицы | 320-1000 нм (от ультрафиолета до ближнего инфракрасного) |
| Ямкоголовые гадюки | 400-1400 нм (от видимого до дальнего инфракрасного) |
| Рак-богомол | 300-720 нм (от ультрафиолета до дальнего красного) |
В этой таблице сравниваются диапазоны цветового зрения людей и других видов. Она иллюстрирует, насколько ограничено человеческое зрение по сравнению со многими животными. Мы видим только около 1000 нанометров света, в то время как рак-богомол видит на 400 нанометров больше, чем мы. Пчелы и бабочки также обнаруживают невидимые для нас ультрафиолетовые волны.
По оценкам, у очень небольшого процента людей есть четвертый тип колбочек, что обеспечивает им тетрахроматическое зрение. Их глаза содержат четыре различных цветовых фоторецептора вместо трех. Некоторые ученые предполагают, что это позволяет тетрахроматам воспринимать до 100 миллионов оттенков цвета больше, чем трихроматам.
Наличие четвертого типа колбочек с чувствительностью к желтовато-зеленому свету позволяет тетрахроматам более тонко различать оттенки вдоль красно-зеленой оси. Исследователи предполагают, что распространенная красно-зеленая цветовая слепота у мужчин делает эту четвертую колбочку более распространенной у женщин, чьи две X-хромосомы увеличивают вероятность образования мутантного цветового рецептора.
Но вопрос о том, существует ли на самом деле суперзрение у тетрахроматов, остается спорным, поскольку большинство тестов не смогли доказать, что они могут различать цвета за пределами нормального человеческого диапазона. Необходимы дополнительные исследования, чтобы точно установить, дает ли тетрахроматия исключительные способности к цветовосприятию.
Цветовая категоризация человека формируется не только нашими глазами, но и нашим языком. Слова, которые мы используем для обозначения цветов, влияют на то, как мы группируем спектр в воспринимаемые границы. Например, в некоторых языках, таких как японский, есть только одно слово, которое охватывает как зеленый, так и синий.
Исследования показывают, что носители таких языков быстрее различают два оттенка внутри категории, но медленнее различают два оттенка, выходящие за пределы границы. Это демонстрирует, как лингвистические категории влияют на цветовую дискриминацию.
В разных языках также различается количество цветовых обозначений. В языках коренных австралийских народов их всего два, противопоставляющих светлый и темный. В языке химба из Намибии пять основных цветовых слов. В английском языке 11 основных цветовых обозначений, что расширяет сегментацию непрерывного визуального спектра.
Таким образом, язык и культура оказывают существенное влияние на цветовое восприятие человека. Они формируют наши перцептивные цветовые категории и даже влияют на то, как мы интерпретируем неоднозначные цвета вдоль размытых границ.
Согласно ведущим теориям, у людей трихроматическое цветовое зрение развилось в первую очередь для того, чтобы находить спелые фрукты и листья среди зеленой листвы. Обнаружение оттенков красного в растительности позволило бы нашим предкам-приматам находить спелые источники пищи.
Цветовое зрение также помогало самкам приматов оценивать потенциальных партнеров, обнаруживая красные тона на коже, мехе и гениталиях, которые увеличивают приток крови и сигнализируют о плодовитости. Таким образом, цветовое зрение возникло из-за необходимости выживания в поисках пищи и размножении.
Обезьяны Старого Света и человекообразные обезьяны обладают трихроматическим зрением, как и люди, но наше расхождение с другими приматами было отмечено событием дупликации генов. Это привело к появлению нескольких вариантов генов опсина L и M на X-хромосоме, которые кодируют красные и зеленые колбочки. С тремя различными фотопигментами люди приобрели гораздо более тонкую цветовую дискриминацию, вероятно, для поиска фруктов среди листьев.
Таким образом, человеческое восприятие цвета, по-видимому, специально адаптировано для различения оттенков красного и зеленого за счет различения ультрафиолетовых оттенков, которые обнаруживают многие другие млекопитающие. Наши глаза жертвуют более широким спектральным диапазоном ради превосходного различения полезных цветов в пределах нашего узкого видимого спектра.
Причуды человеческого зрения показывают, что цвет не имеет внутренней сущности, а существует только в наблюдающем разуме. Эта субъективность подчеркивается зрительными расстройствами, которые изменяют восприятие цвета.
При церебральной ахроматопсии травма мозга полностью исключает способность видеть цвет. Жертвы этого расстройства описывают тусклый, серый мир, лишенный всех цветовых качеств. Это показывает, что цвет не является объективной характеристикой реальности, а качеством, сконструированным мозгом.
Между тем, люди с синестезией испытывают смешение своих чувств, когда они непроизвольно видят цвета, когда слышат звуки или читают текст. Таким образом, восприятие цвета может пересекаться с совершенно не связанными с ним чувствами в мозге.
Эти условия показывают, что цвет зависит от сложных когнитивных процессов в зрительной системе наблюдателя. Он не обладает никакими самостоятельными качествами, кроме того, что человеческий мозг вызывает цветовые ощущения из физических длин волн света.
Поскольку люди видят только полоску электромагнитного спектра, многие ученые предполагают, что цвета существуют за пределами нашего зрения. Но другие утверждают, что цвет является внутренней конструкцией разума, а не внешним свойством.
Философ Джон Локк описал этот субъективный взгляд на цвет, известный как цветовой реляционизм. Он отметил, что слепой человек действует так, как будто цвета вообще не существует, поэтому он не может быть неотъемлемой частью мира. Цвет не содержится в самом свете, а скорее зависит от наблюдателя, который создает восприятие цвета.
С этой точки зрения ультрафиолетовый и инфракрасный цвета вообще не являются цветами без сознательного агента, воспринимающего их как таковые. Нет никакой красноты или синевы, присущей длине волны. Цвет создается сложными механизмами и обработкой зрительной системы.
Так что в реальном смысле люди видят истинные цвета — единственные цвета, которые существуют. Но многие животные видят дополнительные цвета, адаптированные к их собственным зрительным системам, открывая красочный мир за пределами нашего воображения.
Ограниченное человеческое восприятие цвета служит глубоким напоминанием о субъективности опыта. Наши глаза улавливают лишь кусочек реальности. Цвет не содержится в самих объектах, а возникает только во взаимодействии со зрительной системой. Ученые все еще размышляют, существуют ли какие-либо внутренние цвета, помимо тех, которые производятся в нашем сознании.
Мы можем удивляться тому, как много более ярких цветов или эфирных оттенков могут светиться вокруг нас, прямо за завесой наших чувств. Технология может помочь раздвинуть завесу, но не полностью. Полный спектр цвета остается ограниченным глазами, которые мы должны видеть.