Девятнадцатый век

В XIX в. наука о свете и цвете переживает период интенсивного развития. Она становится точной, базируется на фактах и экспериментах, пользуется математическим аппаратом и достижениями смежных наук. Но при этом она неизбежно теряет целостность и распадается на ряд отраслей. Работа Гете была последней, синтезирующей многосторонние знания о цвете. После него наука о свете и цвете разветвляется на физику (оптику), физиологическую оптику (науку о зрении), эстетику цвета (отрасль философии) и прикладное цветоведение, адресованное художникам изобразительного искусства.

В области физики света и цвета в XIX в. произошла подлинная революция. Прежде всего была доказана волновая природа света, и все известные световые явления получили объяснение с этой точки зрения (Томас Юнг, Огюстен Френель). Гамильтон и Якоби разработали формальную теорию оптических явлений, не зависимую от концепции физической природы света (1830). Во второй половине века трудами Фарадея, Максвелла, Герца, Лебедева и других была создана электромагнитная теория света. Этой теорией пользуются в науке и практике и по сей день. Были открыты и исследованы невидимые световые лучи: ультрафиолетовые, инфракрасные, а также лучи Рентгена. Трудам русского академика П. П. Лебедева наука обязана исследованиями светового давления. Этой проблемой занимались также Бартоли, Больцман, Голицын. Иозеф Фраунгофер (1815), а затем Бунзен и Кирхгоф (1859—1862) открыли новую отрасль оптики — спектральный анализ, позволивший осуществлять исследования состава самых далеких небесных тел. Была разработана теория оптических приборов (Дауэс, Фуко, Аббе), изобретена фотография (Луи Даггер, 1839), усовершенствована фотометрия. Джемс Кларк Максвелл (1860) исследовал слагательное смешение цветов при помощи изобретенного им прибора (вертушки). Он изобрел трехцветную колориметрию и разработал метод расчета координат цвета по спектральному составу излучений.

В настоящее время большинство отраслей науки и техники пользуются достижениями физики XIX в. Ее уровень вполне достаточен и для всех нужд прикладного цветоведения. Большой прогресс был достигнут также в области физиологической оптики.

В 1802 г. английский ученый Томас Юнг опубликовал статью «О теории света и цветов». В ней он высказывает мысль, что в органе зрения имеется всего три основных аппарата, воспринимающих три основных цвета соответственно «определенной частоте колебаний эфира»: красный, желтый и синий. В другой статье того же года он определяет эти цвета точнее: красный, зеленый и фиолетовый (или «насыщенный синий»), В современной трехцветной теории эти три цвета также приняты основными. По состоянию науки того времени Юнг не смог подтвердить свою гипотезу анатомическими и физиологическими факторами. Это сделал в конце века Герман фон Гельмгольц, и разработанная им теория трехкомпонентности цветового зрения получила название «теории Юнга — Гельмгольца». Следует заметить, что Юнг был знаком со «Словом о происхождении света» Ломоносова и цитировал эту работу в своих лекциях.

В XIX в. было исследовано явление «цветовой слепоты» и аномалий цветового зрения, открытое еще в конце XVIII в. Заслуга открытия этих явлений принадлежит английскому ученому Джону Дальтону (1766— 1844).

Явление цветовой слепоты Дальтон заметил у себя самого, а также у своего брата. В 1794г. он сделал в Манчестере доклад о собственном недостатке цветового зрения. «Я вижу только два, самое большее три различия, — сообщил он.— Я бы назвал желтый и синий или желтый, синий и пурпурный. Мой желтый включает красный, оранжевый, желтый и зеленый других людей; а мой синий и пурпурный совпадают с общепринятыми». По словам И. И. Канаева, «та часть картины, которую другие называют красной, Дальтону казалась несколько более затененной, с недостатком света. Пурпур ему казался более темным и сгущенным синим и т. д....Малиновый... он не отличает от темно-синего. Розовый кажется составленным из девяти частей светло-синего и одной красного, поэтому розовый и голубой иначе не различаются при сравнении, как тем, что голубой есть яркая краска, а розовый — несколько утратившая свою яркость краска того же цвета. Идею красного цвета он вообще получил от цвета таких предметов, как красный сургуч, солдатский мундир и т. п. Оранжевый и желтый воспринимаются Дальтоном так же, как и другими людьми. Зеленый... для него мало отличается по цвету от красного. Очень светло-зеленый цвет... Дальтон воспринимал как белый. Синий он видит, как ему кажется, почти так же, как большинство людей. Пурпурный... для него лишь слабое изменение синего... Свет восходящего или заходящего солнца не имеет для него особого эффекта, т. е. он не видит утренней и вечерней зари... На основании приведенных данных у Дальтона была та аномалия цветового зрения, которая в наше время называется протанопией (слепотой к красному.— Л.М.)».

После Дальтона о цветовой слепоте писали Гете, Пуркине, Август Зеебек. Последний делает попытку классификации цветно-слепых на две группы: протанопов и девтеранопов (зеленослепых). Изучение цветовой слепоты, начатое Дальтоном, дало науке новый инструмент исследования тончайших физиологических процессов, связанных с цветовым зрением.

Большой вклад в физиологическую оптику сделал чешский ученый Ян Евангелиста Пуркине (1787—1869). Сын скромного служащего, он рано лишился отца и вынужден был с самого детства вести самостоятельную жизнь. На собственные средства он сумел получить образование в гимназии, а затем в Пражском университете, на медицинском факультете. Очень большое влияние оказала на него книга Гете «Учение о цвете». Она дала молодому ученому импульс к занятиям наукой в области физиологии зрения и психофизиологии. Пуркине принял не только основные идеи Гете, но воспользовался также его методикой — самонаблюдениями и экспериментированием на себе самом. В 1818 г. он завершил свой первый значительный научный труд «Сообщения к познанию теории в субъективном отношении». Он защитил эту работу как докторскую диссертацию, после чего в 1822 г. был избран профессором кафедры физиологии и анатомии Бреславского университета. В это время он лично познакомился с Гете и заслужил глубокое уважение и привязанность великого поэта. В 1825 г. появилась вторая книга Пуркине, под названием «Новые сообщения к познанию зрения в субъективном отношении», посвященная Гете.

Наиболее интересны и актуальны для нас исследования Пуркине восприятия цвета в зависимости от угла зрения и от адаптации глаза. Для исследования первого вопроса (изменения цвета в различных пунктах поля зрения) Пуркине построил несложный прибор, напоминающий веер, с делениями в градусах. На нем размещались окрашенные в различные цвета квадратики. Изучая изменения цвета при передвижениях окрашенных квадратиков от периферии поля зрения к центру, Пуркине пришел к следующим выводам:

«Киноварь при внешнем угле 90—70° оказывается блекло-желтой, затем становится оранжевой и постепенно, при перемещении к центру поля зрения, приобретает свой настоящий цвет.

Чистый пурпур под наружным углом в 90° выглядит черным, при 80°— синим, при 70°— фиолетовым и только при 50° начинает приобретать свой обычный оттенок.

Бледно-синий кажется при 90° белым, но уже при 80° принимает свой собственный цвет. Насыщенный синий цвет при своем первом вступлении в поле зрения имеет уже свой цвет.

Фиолетовый оказывается при 90° черным, при 80—70°— синим и только при 60° и менее видится в разных нюансах фиолетовым.

Насыщенный зеленый цвет при 90—80° выглядит черным и приобретает свой цвет при перемещении ближе к центру поля зрения. Светло-желтый и оранжевый цвета с самого начала имеют свой цвет. Розовый цвет сначала кажется белым, и настоящий оттенок его обнаруживается на 7О-м».

В настоящее время установлено, что все эти явления происходят от неравной концентрации палочек и колбочек в различных частях сетчатки и от различной восприимчивости к цвету окончаний зрительного нерва.

Пуркине обнаружил также явление изменения видимой яркости различных цветов в зависимости от освещения, что вошло в современную науку под названием «явления Пуркине». Вот как он сам пишет об этом: «Объективно степень освещения имеет большое влияние на интенсивность цветового качества. Чтобы в этом наглядно убедиться, надо ранним утром, когда только еще начинает светать, поместить перед собой краски. Сначала видят только черное и серое. Как раз самые живые цвета — красный и зеленый — кажутся самыми черными. Желтый цвет долго не удается отличить от розового. Синий мне раньше всех стал заметен. Красные оттенки, которые обычно при дневном свете горят ярче других, — именно кармин, киноварь и оранжевый — долго оказываются самыми темными, совсем в несоответствии с их средней светлостью. Зеленый цвет кажется более синеватым и его желтоватый оттенок развертывается лишь с приближением дня».

Помимо этого, Пуркине исследовал смешение цветов на вращающихся дисках, высказал верную гипотезу о «руководящей роли» головного мозга в зрительных восприятиях, обнаружил различие в цветовосприятии двух глаз одного и того же человека и т. д. После смерти ученого его работы на некоторое время были незаслуженно забыты, но в наши дни все его труды собраны и изданы в Чехословакии.

Другой последователь учения Гете — Иоганнес Мюллер (1801 — 1858) — был крупнейшим физиологом первой половины XIX в. и главой целой научной школы.

Мюллер вслед за Гете полагает, что «тьма, свет и цвет — это обнаружение особых свойств глаза», что они имманентны глазу, т. е. являются не столько свойствами внешней среды, сколько состояниями органа зрения. Мюллер наблюдал и описал множество цветовых явлений при закрытых глазах, т. е. при отсутствии световых раздражителей. В своем «Руководстве по физиологии человека» он излагает все основные положения тогдашней науки о цвете; он пишет о происхождении «объективных» цветов (по Ньютону), о смешении цветов, об индукции и контрастах, о недостатках цветового зрения, о цвете некоторых природных явлений. За основу систематики цвета он принимает шестиступенный круг Гете.

Крупнейшей фигурой в области физиологической оптики XIX в. был ученик И. Мюллера — Герман Гельмгольц (1821 —1894). Это был необыкновенно одаренный, гениальный человек.

В конце века бурного развития науки Гельмгольц собрал и подытожил все знания о цвете как физическом и оптическом явлении, привел их в стройную систему, исправил вековые (и тысячелетние) заблуждения в вопросах о цвете, заполнил зияющие пробелы, прояснил недоразумения. После работ Гельмгольца физиологическая оптика стала наукой в современном смысле этого слова: она приобрела объективность, получила прочный физический и математический фундамент, ее опорой стал воспроизводимый эксперимент и анатомо-физиологический факт.

Все это удалось сделать Гельмгольцу не только благодаря его исключительным личным способностям. Очень большую роль сыграло также и то, что он работал «на стыке наук»: он был «физик по призванию и дарованию», но специальность получил медицинскую.

В своей исходной философской позиции Гельмгольц придерживается теории своего учителя И. Мюллера, полагавшего, что между действительными предметами и их зрительными образами нет непосредственной связи или тождества, а лишь сложные опосредованные отношения. «То, что мы непосредственно ощущаем, — пишет Гельмгольц, — никогда не есть прямое воздействие внешнего агента на концы наших нервов, а всегда лишь передающееся нервами изменение, которое мы обозначаем как состояние раздражения или возбуждения нерва». Отсюда Гельмгольц делает вывод: «Качество ощущения, следовательно, ни в коем случае не идентично качеству объекта, которым оно вызвано, а оно есть в физическом отношении только воздействие внешнего раздражителя на особый нервный аппарат, и для нашего представления ощущение — это как бы символ, познавательный знак для объективного мира (перевод несколько отредактирован нами.— Л.М.)».

В «физическом» смысле это несомненно, так как подтверждается многочисленными данными о различном восприятии цветов и различии зрительных образов у животных и людей. В философском смысле это утверждение Гельмгольца может быть понято как идеалистическое, хотя по существу ученый всю свою методологию строит на чисто материалистической основе.

Свет и цвет как физическое явление Гельмгольц трактует на основании учения Ньютона, дополненного данными новой науки — спектрального анализа. В вопросе о смешении цветов огромная заслуга Гельмгольца заключается в том, что он, наконец, различил два принципиально различных типа смешения — слагательное и вычитательное. Он ясно показал, что от смешения цветных лучей и от смешения красок того же цвета получаются разные результаты, так как в том и другом случае имеют место различные физические процессы. Гельмгольц исследовал дополнительные цвета, построил функцию их взаимной зависимости и впервые в истории дал им точные названия (разумеется, в пределах возможностей лексики языка). До этих пор дополнительные цвета путали с контрастными и называли весьма произвольно.

Вторая неоценимая заслуга Гельмгольца заключается в разработке основы строгой научной систематизации цвета. Гельмгольц находит способ измерения цвета путем числового выражения трех его характеристик: цветового тона, насыщенности и светлоты. Усовершенствовав цветовой треугольник Юнга, немецкий ученый предложил новую систему, названную им «геометрической схемой». Это, по существу, также треугольник, но с закругленным углом. У вершин расположены красный, зеленый и фиолетовый цвета. Они названы основными, так как при их смешении (слагательным способом) в различных пропорциях можно получить все остальные цвета.