Színkavalkád,
avagy mik a színek és hogyan érzékeljük őket

A cikkbeli animációk megtekintéséhez FlashPlayer 5.0 szükséges

Mindennapjainkhoz hozzátartoznak a színek. A közlekedési lámpától a divatszínekig, a rendőrség kékjétől a menyasszonyok fehérjéig. Nem is nagyon tudjuk elképzelni, milyen lehet a világ a színek nélkül. Pedig az állatvilágban nem mindennapos, hogy egy faj színeket is lásson, a mienkhez hasonló részletes színfelismerés pedig kifejezetten ritka. Még a majmok között sem mindegyik rendelkezik ezzel a képességgel, a dél-amerikai majmok sokkal kevesebb színt látnak, mint az óvilágiak és az emberszabásúak. Általában igaz, hogy a színlátás a gyümölcsevőkre jellemző, leginkább az erdőlakókra. A ragadozók, a puszták, szavannák lakói szinte alig látnak színeket.
Hogy mik is a színek, azt elsőként Isaac Newton fedezte fel pályája elején, 1666-ban, alig húsz évesen jött rá, hogy a prizma felbontja a fehér fényt a szivárvány színeire. A színes fényeket egy nyalábba gyűjtve megkapta újra a fehéret, ebből arra következtetett, hogy a fehér fény sokféle fény összessége. Mindezek alapján Newton megállapította, hogy a fény színe a hullámhosszától függ.

Goethe kételyei

Mindez nagyon szépen és jól is hangzott és úgy tűnt, a színek nem jelentenek további kérdést a tudomány számára, de a XVIII. század közepén egy nem kevésbé híres személyiség megkérdőjelezte a nagy angol gondolatait. Ez a személyiség , bár általában nem a természettudományos munkáiról híres, Johann Wolfgang Goethe volt. Az alábbi kis program bemutatja, mi is volt, ami elsőként elgondolkodtatta Goethét:

Hogyan kerülnek oda az utószínek? A másik, ami gondolkodóba ejtette a színes árnyékok

kérdése volt, amilyet ez a kép is bemutat. A kezet egy piros és egy zöld lámpával világították meg, és az árnyékoknak is színük lett. Namármost ez a tiszta newtoni elképzelés szerint lehetetlen, az árnyéknak nem lehet színe. Ezért aztán az ilyen árnyékokat el is nevezték Goethe-árnyéknak. A kiváló költő közben más optikai csalódásokkal is kísérletezett, ezek mind ellentmondani látszottak az egyszerű, hullámhossz = szín elméletnek. Nagyszabású Színelmélet című munkájában ki is fejti, hogy "az optikában az illúzió az igazság", vagyis, hogy abból tudhatjuk meg, hogyan működik a látás, ha tudjuk, hogyan lehet becsapni. Íme egy újabb optikai csalódás, ami a színekkel kapcsolatos, melyik felén világosabb a vörös szín?


Természetesen a két vörös ugyanolyan, csak a környező alakok és színek miatt tűnnek másnak. Talán még jobban példázza, hogy milyen hatása van a környezetnek arra, hogy milyennek látunk egy színt az alábbi program:

Goethe következtetése mindezek után az volt, hogy a színek nem a hullámhosszoknak felelnek meg, hanem bonyolult agyi folyamatok révén jönnek létre. A természettudósokat azonban nem érdekelte a nagy költő elmélete (pedig más biológiai tanulmányaiban, pl. a botanikaiban is nagyon közel járt a később bevetté váló tudományos igazsághoz), az egy hullámhossz = egy szín elgondolás sokkal jobban megfelelt a korszak tudományos világképének.
1802-ben Thomas Young rájött, hogy a milliónyi szín érzékeléséhez nincs szükség milliónyi sejtre, hiszen a festők bármiféle színt képesek kikeverni nagyon kevés alapszínből. Young azt állította, hogy háromféle különböző hullámhosszra érzékeny sejt elég a teljes színérzékeléshez. Elmélete nem kapott túl nagy visszhangot, csak fél évszázaddal később élesztette fel a német Hermann von Helmholtz. Ekkortól vált elfogadottá, hogy a színérzékelés a szem ideghártyáján (a retinán) történik és háromféle különböző hullámhosszra érzékeny sejt játszik benne szerepet.

A három alapszín

Helmholtz kortársa Clerk Maxwell 1861-ben híres kísérletében bebizonyította, hogy valóban három színből összeállítható minden más. Ezáltal a színes fényképezés lehetőségét is megteremtette. Kék, vörös és zöld szűrőkkel készített fekete-fehér felvételeket, majd ezeket a megfelelő fénnyel megvilágítva egymásra vetítette és megkapta a teljes színes képet. Hogy mi minden szín keverhető ki ebből a háromból, azt magad is látatod itt:


Próbáld meg, milyen színeket tudsz kikeverni! Külön érdekesek az úgy nevezett nem spektrális színek, mint például a barna, ha megpróbálsz barnát csinálni, rájössz, hogy az valójában csak sötét narancs. Ugyanolyan arányban vannak benne az alapszínek, mint a narancsban, csak mindből kevesebb. A következő játékban te magad is kipróbálhatod, hogyan tudnál színeket keverni. A kis négyszögben levő színt kell kikeverni, a három alapszínből. Ha úgy gondolod, már jó, kattints a Most jó feliratú gombra, ha feladod, a Megoldás feliratú gombbal megnézheted, mi lett volna a jó, az Újat gombbal új feladatot kérhetsz.


Ezáltal érthetővé váltak az utószínek is. Az utószíneket a fényérzékeny sejtek kifáradása okozza. Ha például a vörös madarat nézzük sokáig, kifáradnak a vöröset érzékelő sejtek és a következő fehérből már nem érzékelnek annyit, ezért látjuk azt türkiznek, ami pontosan az a szín, amit a zöld és a kék keverésével nyerhetünk. Hiába tűnt ez az elmélet olyan szépnek, sokmindenre azért nem adott magyarázatot. Ilyen volt például a színállandóság kérdése. Tudjuk jól ugyanis, hogy bizonyos tárgyak színe nem sokat változik, függetlenül attól, milyen az őket megvilágító fény színe. Egy alma piros fehér neonfényben, sárga izzólámpa fényében és a vörös naplementében is. Erre a jelenségre nem tudott magyarázatot adni a tudomány. De nem tudott magyarázatot adni az olyan színvakságra sem, ahol a szem és az ideghártya bizonnyal sértetlen volt. Nagynevű ideggyógyászok jelentették ki, hogy ilyen színvakság nem létezik, hiszen a színérzékelés nem az agyban történik.

Edwin Land és a retinex elmélet

1957-ben aztán Edwin Land, a Polaroid fényképezőgép feltalálója felfedezett valamit, ami után nem volt tovább tartható a korábbi elmélet. Land a színlátással kísérletezett, különböző hullámhosszokon (vörös, zöld és kék) készített felvételeket, majd ezeket Maxwellhez hasonlóan a megfelelő színekkel világította meg. Egyszer azonban, mikor csak a vörös és a zöld lámpa volt bekapcsolva, a zöld elől kiesett a szűrő és azon fehér fény ment át. Legnagyobb megdöbbenésükre a kép a maga teljes színpompájában került elő. A jelenséget megpróbáljuk bemutatni, bár a számítógép montorján nem könnyű rekonstruálni. Vegyünk egy képet egy vidám nyári kirándulásról, és bontsuk a három színösszetevőre. Így néz ki a zöld komponens fekete-fehérben:


Így néz ki a vörös összetevő, a maga vörös színeiben:

A kettőt egymásra vetítve valami rószaszín dolgot várnánk, ehelyett ezt kapjuk:


A póló csíkjai zöldek, a farmernadrág kék, mindenféle olyan színek kerültek elő, amiknek semmi keresnivalójuk sem lenne itt. Hogy ez hogyan történhet, arra Helmholtz elmélete nem tud magyarázatot adni. Land egy új elméletet dolgozott ki, melynek a retinex nevet adta (retina = a szem ideghártyája, cortex = az agykéreg). Az elmélet szerint a háromféle idegsejt csak továbbítja az agyba a fény hullámhosszáról az információt, de a színérzet csak az agyban alakul ki. Egy pont színe függ attól, hogy a környező sejtek mit érzékelnek. Ez a folyamat a halántéklebenyben, az úgynevezett látókéregben zajlik le. A retinex elmélet már magyarázni tudta a színes árnyékokat, a színállandóságot és az ép ideghártya melletti színvakságot is. Rámutatott arra is, hogy milyen nagy mértékben az evolució terméke a színérzékelés. A fenti fényképeken bemutatott hatás ugyanis sokkal jobban működik természetes képeknél és természetes kontrasztoknál semmint absztrakt, nonfiguratív ábráknál.
A retinex alapján a színek nem a három szín arányával írhatók le (az angolból vett nevekkel ez az RGB színleírás), hanem egy háromtengelyű koordinátarendszerbe helyezhető ponttal. A koordinátarendszer egyik tengelye a vörös-zöld, másik a kék-sárga, harmadik a fekete-fehér (ezen alapul a CMYK színleírás). Ezek az arányok szabják meg, milyen a színérzet, de ezen még változtatnak a környező színek, ahogy ezt már fentebb láthattuk.
Későbbi vizsgálatoknak sikerült azonosítaniuk a látókéreg azon régióját, melyben a színérzet kialakul. Azok a betegek, akiknél ez a rész megsérült, képtelenek voltak bármiféle színérzékelésre. Az ilyen emberek nagyon furcsa világról számolnak be. Mivel elveszik a színérzékelés, elveszik a színállandóság is, elbeszélésük szerint számukra a világ folyamatosan változik a megvilágítás színének változásával. ugyan csak a szürke árnyalataiban látnak, azonban még ezek a szürkék is állandóan változnak.

Dikromátok és tetrakromátok

Magyarázatot a retinex elmélet arra is, miért látnak mégiscsak jobban a színtévesztők, mint ahogy azt elvárnánk. A legtöbb színtévesztő szemében az átlagos háromnál eggyel kevesebb fajta színérzékeny idegsejt van. (Legtöbbször a zöldre érzékeny hiányzik.) Az ilyen embereket dikromátoknak is nevezik (szemben az átlagos trikromátokkal), mivel azonban szerencsére a színérzékelés nem csak a szem ideghártyájának sejtjeitől függ, mégiscsak több színt képesek látni, mint azt elsőre várnánk.
Az utóbbi évek vizsgálatai még egy különlegességre fényt derítettek. Nemcsak di- és tri-, hanem terakromátok is vannak az emberek között. Mivel a színérzékeny pigmentek génje az X kromoszómán található, ilyenek csak nők lehetnek. A terakromátoknak négyféle színérzékelő sejtjük van, ennek köszönhetően sokkal több árnyalatot ismernek fel és képesek megkülönböztetni, mint az átlagos emberek.

Ha mélyebben érdekel a színérzékelés, olvasd el Oliver Sacks Antropológus a Marson (Osiris, Budapest 1999) című könyvének első fejezetét, melynek címe: A színvak festő.
Itt olvashatsz egy cikket a szem működéséről

Portál