Краткий обзор физической теории света и цвета

Согласно Гуку, свет — это импульсы сжатия, распространяющегося с бесконечно большими скоростями. Гюйгенс предположил, что свет — это волна, исходящая от источника света и распространяющаяся с большой скоростью. Далее волновая теория была развита Юнгом и Френелем. В 60-е годы XIX века Максвелл выдвинул теорию единого электромагнитного поля, а затем Герц впервые получил электромагнитные волны. Поведение радиоволн имело аналогию с поведением света, и Фуко, Майкельсон, Лебедев опытно подтвердили, что свет — электромагнитная волна. 

В конце XIX века выяснилось, что свет излучается и поглощается не непрерывно, а порциями — квантами. В 1900 году Планк создал квантовую теорию электромагнитных процессов, а затем Эйнштейн — квантовую теорию света. Согласно последней, свет — поток световых частиц, фотонов, движущихся со скоростью, равной скорости света, и обладающих конечной массой и импульсом.

Свет, который способен воспринять глаз человека, называется в оптике видимым светом и на шкале электромагнитных волн лежит между инфракрасным и ультрафиолетовым излучением. Свет различных длин волн X возбуждает разные цветовые ощущения.

Свет воздействует на человеческий глаз, передавая ему энергию, переносимую световой волной. Однако интенсивность зрительных ощущений человека не имеет прямой зависимости от интенсивности светового потока, по этому в оптике существует ряд фотометрических величин, по которым оцениваются энергетические характеристики света и цвета, исходя из зрительных оценок. Здесь же выявлена неодинаковая чувствительность глаза к разному цвету. Кривая чувствительности глаза, названная кривой относительной спектральной световой эффективности К^ (рис.5) имеет максимум при X, = 555 нм. Это означает, что глаз лучше всего видит зеленый цвет. К,.

Рис.5. Вид графика кривой относительной спектральной световой эффективности К^.

Согласно графику кривой относительной спектральной световой эффективности К*, (рис.5), синий и фиолетовый цвета лучше видны глазу, чем красный цвет. Таким образом, можно предположить, что при одинаковых характеристиках, то есть, например, одинаковой насыщенности, яркости цвета, площади и формы окрашенной поверхности для образцов разного цвета, интенсивность их окраски будет неодинаково восприниматься глазом. Это расхождение на начальном этапе может играть важную роль при восприятии цвета зрителем.

Для цветового зрения человека характерны еще некоторые особенности. Так, например, глаз может определить происхождение цвета, то есть был ли цвет образован, скажем, чистым оранжевым пигментом, или получен путем смешения красной и желтой краски1. Это различие может усиливаться в зависимости от освещения образца дневным светом или светом вольфрамовой лампы. Далее известно, что при низкой освещенности синие и зеленые объекты кажутся более яркими, чем красные, при их равной яркости в прямом освещении. Это означает, что на восприятие произведения искусства большое влияние оказывает освещение.

При восприятии цвета имеет место еще одно явление. Если на экран, освещенный бледным синим светом спроектировать пятно белого света, оно окажется нам бледно-желтым. Этот эффект был подмечен Гете, а так же, согласно художнику Петрову-Водкину2, его широко использовали импрессионисты которые пытались уловить малейшие визуальные нюансы, которые рождал свет.
Существует так же явление хроматической адаптации, при котором человеку, долго смотревшему на зеленый газон, коричневые объекты будут казаться красными.

Эти эффекты объясняет трихроматическая теория , предложенная Юнгом и Гельмгольцем. Юнг выдвинул гипотезу о том, что в сетчатой оболочке глаза находятся троякого рода нервные элементы, придающие ощущение красного, зеленого и фиолетового цвета. Гельмгольц объединил понятие цветового тона, то есть конкретного ощущения цвета, с определенной длиной волны. 

Далее он ввел и другие параметры цвета: светлоту, чистоту. Гельмгольц определил более правильные пары дополнительных цветов: красный - морская зелень, оранжевый — ледяной синий, желтый — ультрамарин синий, лиственно- зеленый — фиолетовый . Согласно теории Юнга-Гельмгольца, глаз человека обладает тремя типами цветочувствительных рецепторов. Эти рецепторы отвечают за восприятие красного, зеленого и синего (или фиолетового), а ощущения остальных цветов спектра возникает при смешении сигналов этих трех рецепторных систем. Юнг2 выбрал три основных цвета поскольку обнаружил, что их комбинацией можно получить практически любой цвет (рис. 6.).


Рис.6. Опыт Юнга.
 
 «Цветоведение» Оствальда.
Благодаря Оствальду наука о цвете перешла из качественной в количественную. Прежде всего он дал определение цвету и свету с точки зрения восприятия этих явлений человеком. «Цветом называется то ощущение, которое возникает в результате передачи соответствующих внешних раздражений, вызванных светом, - через посредство глаза и зрительного нерва в мозг. ..краски, красящие вещества - химические вещества, при виде которых у нас появляется ощущение цвета. 

Энергия, которая обычно обуславливает такое раздражение глаза, называется светом» . Оствальд измерил цветовые величины, изучил смешение цветов, при котором возникают смеси двух видов: аддитивные, то есть полученные путем сложения цветов, и субтрактивные, с вычитанием какого-либо цвета. Он так же ввел понятие метамерных цветов, которые характеризуются различным составом, но одинаково выглядят. Оствальд предложил свое схематическое изображение цветов в виде цветового тела (рис.7.).

Рис.7. Цветовое тело по-Оствальду.
По убеждению Оствальда, порядок, в который он привел цвета, мог использоваться как руководство по созданию гармонии цветов. Согласно Оствальду, закономерность и гармонию идентичными понятиями1. Учение о красоте в искусстве цвета распадается на три основные части: гармонию цветов, гармонию форм и учение о взаимном влиянии формы и цвета. Цветовое тело, которое предложил Оствальд, в настоящее время является наиболее удачной моделью, систематизирующей все многообразие цветов, и используется в современном цветоведении.