Тайны цвета. Какого цвета морковка?

Помните «Матрицу»? «Вот и думаешь: откуда машины знают, какой вкус у овсянки? Может, они всё перепутали? Может быть, то, что я считаю вкусом овсянки – это на самом деле не вкус овсянки, может быть это тунец или что-нибудь другое». Про вкус мы поговорим как-нибудь в другой раз. Со вкусом тоже всё совсем не так просто, как кажется. Сколько именно у нас вкусовых ощущений, никто толком не знает. Классическая схема, признававшая только четыре (сладкий, горький, кислый, солёный) сейчас считается устаревшей, возможно, что видов вкусовых рецепторов на самом деле больше, а, может быть, и сильно больше. Однако во всяком случае, субъективные ощущения, воспринимаемые нами как «вкус», – это в большинстве случаев сложный комплекс собственно вкуса, запаха и тактильных ощущений от пищи. И, когда речь идёт о всяческих гурманских тонкостях и изысках, основной вклад вносит не столько собственно вкусовая чувствительность, сколько обоняние, то есть скорее восприятие тонких оттенков запаха пищи, а чем собственно её вкуса. Химия запахов – это вообще целый необъятный мир, чего стоят, к примеру, одни только терпены и терпеноиды! Но сейчас у нас речь не о запахах и вкусах, а о восприятии цвета.
 
Все, конечно знают, что такое цвет. Наш глаз способен воспринимать и различать электромагнитное излучение в довольно узком диапазоне длин волн, которые и составляют видимый спектр от красного до фиолетового. Его ещё называют «оптическим окном», все излучения за его пределами для нас невидимы, хотя некоторые животные способны часть из них видеть. Если электромагнитные волны всего видимого диапазона попадают на нашу сетчатку вместе, единым общим потоком и примерно в равном соотношении, то мы воспринимаем эту смесь как белый свет. А если этот белый свет попадает на наш глаз не непосредственно от своего источника, а от отражающей его поверхности, то цвет этой поверхности мы и воспринимаем как белый. Однако если мы каким-то образом белый свет разделим на потоки излучений более узких диапазонов длин волн, то мы увидим окрашенный свет. Классический пример такого рода – разложение света радугой либо призмой. Условно считается, что белый свет состоит из семи световых диапазонов – красного, оранжевого, жёлтого, зелёного, голубого, синего и фиолетового, составляющих цвета радуги. На самом деле это, конечно же, условность нашей культуры, связанная с тем, какие цвета имеют названия, а какие – нет. В реальности спектр длин волн непрерывен, поэтому сколько именно выделить в радуге цветных секторов – вопрос исключительно договорённости и культурной традиции. Мы выделяем семь, англичане и американцы – только шесть, а можно было бы при желании выделить хоть двадцать или тридцать – и каждому дать своё название.
 
Пока всё просто, верно? Цвет предмета – это его способность отражать свет, определённой длины волны. Например, мы видим поверхность предмета красной, если от этой поверхности на сетчатку нашего глаза попадают отражённые ею электромагнитные волны с той же длиной волны как с красной полосы радуги, то есть от 630 до 780 нм, оранжевой – от 590 до 630 нм, жёлтой – от 550 до 590 нм, зелёной – от 510 до 550 нм и т.д. Так? А вот и нет! Не так! В реальности мы видим «настоящий» красный (как и оранжевый, жёлтый и любой другой цвет) очень-очень редко. Фактически только на радуге или радужном гало, ну или если увлекаемся физическими опытами с призмой. В остальных случаях (то есть почти во всех!) то, что мы воспринимаем на уровне ощущения как «красный», «честным» настоящим физическим красным не является! Сейчас объясню, в чём дело, но сперва сделаю для наглядности небольшое отступление.
 
Представьте, что мы решили поиграться с призмой и разложили белый цвет условно на семь (раз уж мы люди русские, то нам удобнее так) «чистых цветов». Нам, конечно, при этом удобнее не заглядывать в призму, подставляя глаз под тот или иной цветной луч, а смотреть на экран, то есть мы видим в качестве цвета по факту свет, выделенный призмой, но уже отражённый затем от белого экрана. Теперь возьмём и закроем жёлтую часть спектра не пропускающим свет полностью непрозрачным чёрным экраном. Всё, настоящего жёлтого света, состоящего из электромагнитного излучения с длиной волны от 550 до 590 нм у нас больше нет! Его съел непросвечивающий чёрный экран. Другие части спектра тоже закроем экранами, они нам сейчас не нужны, оставим только красную и зелёную. А теперь отразим зеркалами получившиеся у нас раздельные красный и зелёный лучи так, чтобы они упали на одну и ту же область белого экрана и смешались. И уже вперемежку, отразившись от него, вместе попали на нашу сетчатку. И что мы увидим? Мы увидим жёлтый! Да, для нашего глаза это выглядит как жёлтый цвет, абсолютно, совершенно никак не отличимый от «честного» и «настоящего» жёлтого. Хотя на самом деле при этом длины волн «красных» и «зелёных» фотонов и не думали между собой усредняться по энергиям и длинам волн! Никакого «настоящего» жёлтого, то есть световых волн в спектре от 550 до 590 нм при этом не возникло. Красные волны остались красными, зелёные – зелёными. Но падая на сетчатку нашего глаза вместе и вперемежку примерно в равном соотношении, они дают в точности такое же ощущение, как если бы на неё падал «истинный» жёлтый. Глазом мы не можем отличить одно от другого вообще никак. Отличить «истинный» жёлтый от смеси красного с зелёным можно только ещё раз пропустив этот свет через призму и посмотрев – разложится он или нет.
 
А теперь вернёмся от физических экспериментов к повседневной, самой обыденной реальности. Вот перед нами морковка? Она какая? Если вы не дальтоник, то совершенно ясно и несомненно видите: она оранжевая. В этом не приходится сомневаться. Она явно, очевидно оранжевая. Значит ли это, что отражённый от морковки свет, приходящий на сетчатку нашего глаза, лежит в диапазоне от 590 до 630 нм? Нет! Если мы опять достанем нашу призму, поймаем в неё свет, отражённый от морковки, и разложим его, то окажется, что от морковки на наш глаз приходят лучи от одной границы оптического диапазона до другой – от 380 до 780 нм, иначе говоря – от фиолетового до красного. Тогда почему же морковка не белая, а всё-таки оранжевая? Оказывается, что в отражённом морковкой свете часть спектра, относящаяся к фиолетовому, синему, голубому и даже совсем чуть-чуть к зелёному, ослаблена. То есть реально-то морковка не оранжевая, а «белая за вычетом части фиолетового, синего и голубого». На морковку упал белый свет, то есть равномерная смесь всех цветов радуги. Из этой смеси морковка своими альфа- и бета-каротинами «съела» часть фиолетового, синего и голубого. А всё остальное отразила. Это «всё остальное» (в котором даже и фиолетовый, и синий, и голубой есть, только уже в сильно неравной по сравнению с остальными длинами волн пропорции) и попало нам прямо в глаз. И увиделось нам оранжевым.
 
Так вот, на самом деле все цвета, возникшие в результате светопоглощения, а не светоразложения или светорассеяния, имеют именно такую природу. Свет, отражённый от кажущегося нам красным помидора (помидоры бывают самых разных цветов, но не о них сейчас речь) – не красный и даже не белый с преобладанием красного. Это «полный» белый за вычетом лишь некоторой доли фотонов в спектре от фиолетового до зелёного с тремя максимумами поглощения, соответствующими длинам волн 444 (фиолетовый, близко к границе с синим), 470 (синий) и 502 (голубой) нм, которые «съел» ликопин – основной пигмент, придающий типичным красным помидорам их цвет. Обратите внимание: помидор «съел» не узкие полоски спектра, точно соответствующие этим длинам волн, это лишь точки, в которых кривая поглощения достигает максимума, а так вообще в той или иной мере он поглощает фотоны от фиолетового до зелёного включительно. Ну, конечно, кроме ликопина в помидоре есть и другие пигменты, они тоже что-то поглотили, но это уже не очень существенные для сути нашего рассказа мелочи. Смотрите: не пришлось полностью вырезать даже фиолетовый, синий и голубой, достаточно было лишь «приглушить» их, уменьшить их долю в общем суммарном белом свете – и этот свет уже воспринимается не белым, а красным, хотя в нём кроме красного остался и оранжевый, и жёлтый, и даже в каком-то количестве и зелёный, и голубой, и синий, и фиолетовый. И такова природа всех без исключения красителей – и естественных, и искусственно синтезированных, и органических (пигменты), и минеральных.
 
Тут, кстати, стоит упомянуть о такой штуке, которая называется страшными учёными словами «аддитивное» и «субтрактивное» смешение цветов. Звучит страшно, но суть проста. Если вы смешиваете световые лучи разных длин волн, то, собрав их все вместе, вы получите белый. А вот если вы смешаете все краски, то есть все варианты поглощения (вычитания), то получите, наоборот, чёрный цвет, то есть полное поглощение и никакого отражённого света (ну, это в идеальной теории, на практике будет в лучшем случае нечто серое, а то и грязно-бурое из-за неидеальных пропорций при смешении). Это просто. Чуть сложнее, когда речь идёт о смешении не всех, а только двух или трёх цветов: смешивать цветные лучи и смешивать поглощающие краски того же цвета – это не то же самое, поэтому в колористике и существуют разные системы смешения цветов – «аддитивные» для световых лучей и «субтрактивные» для красок.
 
Какая во всём этом мораль? Всё совсем не такое, каким кажется. Мир цветового восприятия – мир оптических иллюзий. «Чистый жёлтый», смесь красного и зелёного (в которой собственно жёлтого вообще нет) и смесь всех длин волн с «убавлением» доли синего и фиолетового – это с точки зрения фактического состава электромагнитных волн три совершенно разные реальности. Но наш глаз их воспринимает абсолютно одинаково и не способен отличить одно от другого. Это не говоря о том, что в разных растворителях один и тот же пигмент имеет разные максимумы поглощения и, соответственно, имеет разный цвет. Иногда очень разный. А иногда омар, например, окрашен в серо-голубой цвет... красным каротиноидом астаксантином. Как? А вот так вот сдвигается спектр поглощения у каротиноидов, когда они находятся в комплексе со специфическими белками. Знаете, почему раки, когда их варят, краснеют? А вот как раз потому, что этот самый комплекс разрушается, и астаксантин становятся таким, каким ему положено быть в свободном от белка виде.
 
И это я сейчас только про физические вещи, которые можно исследовать объективными методами. А ведь тут на самом деле зарыта ещё и чисто философская проблема субъективного восприятия, которое вообще невозможно выразить и передать другому человеку. Это то, что в философии называется словом «квалиа». Может быть, видя тот же самый цвет и физически распознавая его так же, как и вы, ваш сосед воспринимает его при этом совершенно иначе. Можно измерить длины световых волн, электрохимическое возбуждение в сетчатке, а потом и в мозге, но при этом невозможно зафиксировать и передать ощущение красности, которое ощущаете лично вы. Оно не описывается ни через длины волн, ни через возбуждение нейронов. Оно им не тождественно. Оно субъективно по самой своей природе и как таковое отсутствует в физической реальности, хотя и имеет в ней физический носитель. Нет никакой возможности выяснить, как ощущает красный цвет другой человек или объяснить, что такое ощущение красного цвета тому, кто его не видел. Да даже и тому, кто видел, но субъективно, на уровне ощущения, воспринимает его иначе. Это, конечно, если вы – не солипсист и вообще верите в существование других людей вне вашего сознания и восприятия. Но это уже философские дебри. А морковка, которая не оранжевая, а белая за вычетом части фиолетового, синего и голубого – вот это физическая реальность.
 
Как думаете, если морковка всю свою жизнь красный, оранжевый и жёлтый от себя отталкивала и отражала во внешний мир, а фиолетовый, синий и голубой поглощала и там где-то внутри сохраняла и накапливала – она там внутри себя НА САМОМ ДЕЛЕ в итоге КАКАЯ? Это я шучу, конечно, не принимайте близко к сердцу.