A színkeverés és a trikromatikus elmélet

Newton úgy gondolta, hogy a fehér fény kikeveréséhez minden spektrális összetevő szükséges, de legalábbis az a hét, amelyeket alapszíneknek nevezett. Ebből a véleményéből később engedett, de négy-öt alapszínnél alább nem adta. A gyakorlat azonban már Newton életében más következtetésre vezetett.

Érdekes, de megválaszolatlan kérdés, hogy vajon a zseniális fizikus miért nem ismerte el, hogy kevés számú (nevezetesen három) „alapszínből” a színek nagy része kikeverhető, sőt a fehér fényt két, ún. komplementer színű fény (pl. meghatározott kék és sárga) keverésével is elő lehet állítani. Newton nézeteiről lásd a Newton színelmélete c. írásunkat).

Ez utóbbi lehetőséget már Newton kortársa, egyben nagy kritikusa, Huygens igazolta, de azt, hogy három, egymástól „független” szín már elegendő a színek óriási sokaságának kikeverésére, ő sem tudta megmagyarázni. Hogy miért nem? Mert ehhez biológusnak vagy fiziológusnak (is) kellett volna lennie, és az emberi szem színlátásban játszott szerepét is tisztáznia kellett volna. Ehhez azonban még kb. száz évet várni kellett – és még akkor is (és még sokáig) csak hipotézisként írták le szemünk azon tulajdonságait, amelyek ezt lehetővé teszik.

Meghatározó jelentősége ellenére a newtoni elmélet sok kérdésre szükségképpen nem adhatott választ, sőt Newton tekintélye a nyitva hagyott kérdések megválaszolását sokáig nehezítette. Követői nehezen tudtak elszakadni az ismeretek akkori hiányos szintjéből adódó tévedésektől. Az elméletek próbája azonban mindig a tapasztalat, az 1700-as években pedig sokasodtak a színkeveréssel kapcsolatos tapasztalatok. Ezeket pedig természetesen új elméletekkel próbálták magyarázni. Előbb azonban beszéljünk a gyakorlatról!

A trichromacy

trichromacy kifejezés nehezen fordítható magyarra egyetlen szóval, bár gyakran egyszerűen “háromszínlátásnak” nevezzük. Azon túl, hogy a trichromacy oka a szemünk felépítésében keresendő (ezt magyarázza a trikromatikus elmélet, lásd később), gyakorlati szemszögből leginkább talán úgy írhatnánk le, mint bármely színérzet előállításának lehetőségét három, megfelelően megválasztott színinger keverésével (e pillanatban nem lényeges, hogy színes fények vagy festékek keveréséről van szó). Közelebbről: ha kiválasztunk három független színt – a függetlenség itt azt jelenti, hogy egyik sem keverhető ki a másik kettőből -, akkor ezekből bármely szín kikeverhető. (A „bármely” nem teljesen igaz, az érzékelhető színek egy része nem keverhető ki, bárhogyan is választjuk meg a három színt, de egyelőre fogadjuk el ezt az állítást.) A trichromacy tényét a színek keverésének gyakorlatában még Newton életében, sőt már korábban is ismerték és alkalmazták a festők, kelmefestők és nyomdászok (a festőművészek pedig mindig is éltek vele). A három akkoriban, de sok festő által a mai napig “alapszínnek” tekintett vörös, sárga és kék színhez a nyomtatásban később hozzákeverték a feketét is, így született meg a négyszínnyomás. Ebből nőtt ki a mai CMYK nyomtatás – cián, bíbor, sárga „alapszínekkel” plusz a feketével.

Jacob Christoph Le Blon által készített háromszín-nyomat a XVIII. századból (1739). Az eredeti festmény Nicholas Blakey alkotása (Portrait de Louis XV). Le Blon találta fel a háromszín-nyomást, majd a négyszín-nyomást. Coloritto címen könyvet is írt a módszeréről

A színek (szinte) végtelen sokaságának előállítása, beleértve a mai színes elektronikus kijelzők megjelenítési képességét, a trichromacy-nak köszönhető. A trichromacy hátterében a látás fiziológiai és pszichikai sajátosságai állnak, azonban úgy száz éven át leginkább a fény fizikai jellemzőivel hozták összefüggésbe. Ez a kategóriatévesztés (category error) iskolapéldája: a trichromacy-t nem azon a tudományterületen próbálták magyarázni, ahová tartozik. Igaz, az 1700-as évek vége felé már felmerült a fiziológiai/pszichológiai megközelítés szükségessége. Nézzünk most közelebbről néhány színkeverési hagyományt, illetve a hozzájuk kapcsolt téves elméletet az 1700-as évekből!

Színkeverési hagyományok és magyarázatok

Az egyik a festők gyakorlatát érintette, pontosabban a festékek keverését. Eszerint három „alapszín” van, a vörös, a sárga és a kék, amelyekből az összes többi szín kikeverhető. A telítettséget ezen felül a fehér és a fekete pigment hozzáadásával lehetett befolyásolni. Ez a színkeverési gyakorlat a mai napig megmaradt, azonban meggyőző elmélettel nem sikerült alátámasztani.

Egy másik tradíció a festett színtárcsa használata volt a színes fények keveréséhez. A színtárcsa szektorai (körcikkei) különböző színűekre voltak befestve, és a tárcsa forgatásakor, természetesen kellőképpen megvilágítva, a keverékszínt (“successive intermixture”) láthatta a kísérletező. A tárcsára festett színek arányának megfelelő megválasztásával az elmélet szerint fehéret kellett volna kapni, ez azonban sikertelennek bizonyult. A színtárcsa forgatásával csupán szürkét sikerült előállítani, fehéret nem.

A színtárcsa gyors forgatásával előállíthatjuk a ráfestett színek additív keverékét. A színek megfelelő megválasztásával azt várták, hogy a keverék fehér lesz. Mivel azonban a tárcsa festett színei (pontosabban a festékek, színezékek) a megvilágító fény egy részét elnyelik, erős fehér megvilágításban sem lehet ily módon fehér fényt előállítani, csupán szürkét

Egy harmadik tradíció szerint, lényegében Newton módszerét használva, Christian Wünsch a színes fényt prizmákkal és lencsékkel állította elő. Wünsch azonban – Newtonnal ellentétben – azt állította, hogy a festékek keverése és a fények keverése eltérő eredményre vezet. Ebben igaza volt. Azt is állította, hogy a napfény (fehér fény) csak háromféle, egymást átfedő fénysugárból áll, ezek a vörös, zöld és ibolyakék “alapszínek”. A prizmákkal bontott fehér fény spektrumában az egyéb színeket ezek keverékei állítják elő. Ebben tévedett. Kísérletileg igazolta, hogy a fehér fény előállításához négynél kevesebb “összetevő” elegendő, éspedig három vagy bizonyos esetekben két színes fényből kikeverhető a fehér fény. Ebben is igaza volt. Mindez azonban nem volt elegendő a trichromacy elméleti megalapozásához.

Wünsch egyik színkeverési kísérletének rajza 1778-ból. Két prizma által előállított spektrumszíneket kevert, és mint látható, az egyik spektrum sárgájának és a másik spektrum kékjének keveréke fehéret ad. Alul, jobb oldalon látható, hogy a vörösből és zöldből kevert sárga fénykévébe betett ceruza vörösre és zöldre választja szét a sárgát. Ez azonban – Wünsch vélekedésével ellentétben – nem jelenti azt, hogy a spektrum sárgája nem önálló (monokromatikus) fény 

Egy negyedik próbálkozás a szem és az idegrendszer szerepét hangsúlyozta a színérzet létrehozásában (helyesen), de ezt olyan kísérletekkel próbálták alátámasztani, amelyekben a két szembe eltérő színű fényeket irányítottak. A kísérleti alanyok közül azonban csak néhányan láttak kevert színt, és csak meghatározott körülmények között, így ez az elgondolás zsákutcának bizonyult.

Egy következő magyarázat a színkeverés törvényszerűségeire szintén pszichológiai természetű, de inkább elméleti megfontolásokra, mintsem kísérleti eredményekre támaszkodott. Kiindulópontja az az elképzelés (Descartes, Newton stb.), hogy a feltételezett “fényrészecskék” sokasága eltérő frekvenciájú rezgésekre késztetik a retinát, az agyunk pedig ezekből “rakja össze” az összetett színérzeteket. Amennyiben pl. a napfény végtelen sok “homogén” (mai terminológiával monokromatikus) fénysugárból áll, végtelen sok különböző retinaelemnek kellene lennie (Karl Scherffer).

Az elgondolást finomítva George Palmer, Wünsch nyomán (de visszatérve a vörös, sárga, kék alapszínekhez) azon a véleményen volt, hogy a fény csak három homogén fénysugárból áll, továbbá a rezgő retinaelemekből is csak három van, és mindegyiket csak egyféle sugár hozza mozgásba. A kevert fény egynél több retinaelemet stimulál, és amikor a szemet három, egyforma erős fénysugár gerjeszti, akkor érzékelünk fehéret.

Mind Scherffer, mint Palmer tévedett, az előbbi abban, hogy végtelen (vagy nagyon sok) féle receptort tételezett fel a szemünkben, utóbbi pedig abban, hogy a fényt három homogén fénysugár (vörös, sárga, kék) összegeként képzelte el. Mindketten majdnem eljutottak a trichromacy érvényes magyarázatához.

A trikromatikus elmélet

A trichromacy-t megmagyarázó trikromatikus elméletet Thomas Young angol fizikustól (fiziológustól, nyelvésztől, zenésztől, egyiptológustól stb.) származtatjuk, az 1800-as évek legelejéről. Kortársai és tisztelői szerint Young volt „az utolsó ember, aki mindent tudott”. Tőle származik a kétréses fényelhajlási kísérlet is, amely a fény hullámtermészetét igazolta.

Young szerencsésen kombinálta Scherffer és Palmer elképzeléseit (bár egyikük munkáját sem ismerte). A szemünkbe érkező összetett fény számára “megengedte” a végtelen számú frekvencia, azaz végtelen sok homogén fénysugár lehetőségét, de feltételezte, hogy a szemünkben csak három fajta receptor (“rezonátor”, magyar nevén csap) van a színek érzékeléséhez*. Ez volt a trichromatikus elmélet alapvető felismerése. Először Young is a vörös, sárga és kék színekhez vélte hozzárendelni a három receptort, de ezt hamarosan a vörös, zöld, ibolyakék színhármasra módosította, akárcsak Wünsch.

*A színérzékelésünk csak egy adott világossági küszöb fölött működik. Nagyon kevés fényben, azaz „sötétben” a szemünkben az ún. pálcikák lépnek működésbe, amelyekből kb. hússzor annyi van (bár csak egy fajta), mint a csapokból, és a retina teljes felületén megtalálhatók.

A homogén fénysugarak Young szerint egy vagy két receptort hoznak rezgésbe, ez utóbbi esetben a két inger aránya határozza meg az érzékelt színt. Mindhárom receptor nagyjából egyforma ingerlésekor érzékeljük a fehéret. Young tévedése azon lehetőség kizárása, hogy egyetlen homogén fénysugár mind a három receptort tudja egyidejűleg ingerelni.

„Az utolsó ember, aki mindent tudott”. Thomas Young, akitől a trikromatikus elméletet származtatjuk

Young hipotézisét a XIX. század közepén Herman von Helmholtz és James Clerk Maxwell finomították, és kísérletileg igazolták. Ma az elmélet a Young-Helmholtz trikromatikus elmélet nevet viseli, sokak szerint nem egészen igazságosan, mivel Maxwell kísérleti és elméleti eredményei legalább annyit vagy többet tettek hozzá az eredeti elmélethez, mint Helmholtz felismerései. A trikromatikus elméletet kicsit közelebbről a Maxwell és Helmholtz által kifejtett formában fogjuk röviden bemutatni, de előtte még beszélnünk kell a szemünkről. Igaz, a retina pontos szerkezetét, és a fotoreceptorok hullámhosszfüggő érzékenységét csak a XX. századi tudomány tudta pontosan meghatározni. Mindazonáltal Maxwell, Helmholtz és követőik, a pszichofizikai kísérleteik alapján közelítőleg helyes következtetéseket tudtak levonni.

colorlove

 

Ajánlott források:

http://winlab.rutgers.edu/~trappe/Courses/ImageVideoS06/MollonColorScience.pdf

https://archive.org/details/Colorittoharmon00LeBl/page/n7/mode/2up

https://www.britannica.com/science/color/The-perception-of-colour

Legyen Ön az első hozzászóló

Várjuk hozzászólását!

Az Ön email címe nem kerül nyilvánosságra.


*


Ez az oldal az Akismet szolgáltatást használja a spam csökkentésére. Ismerje meg a hozzászólás adatainak feldolgozását .