Возможно ли, что существует цвет, который человеческий глаз не может видеть?

Как упоминалось в ряде других ответов, в глазу типичного человека есть три разных цветовых рецептора. Они реагируют на разные длины волн света, как видно на приведенной ниже диаграмме из викимедиа .

The $x$-ось представляет собой длину волны в нанометрах, а три кривые представляют реакцию трех рецепторов на этих длинах волн. Любой входящий свет повлияет на каждый из них в определенной степени. Таким образом, диапазон теоретически воспринимаемых цветов представляет собой набор всех различных триплетов значений отклика для этих рецепторов. (Представьте, что «синий — 25 %, красный — 97,3 %, зеленый — 12 %).) Когда все три светятся почти на полную мощность, получается что-то вроде белого. Если синий рецептор срабатывает, а красный и зеленый выключены, то вы видите синий.

Однако следует отметить два важных момента. Во-первых, часто можно увидеть ссылку на связь между длиной волны и цветом. Действительно, вы не можете видеть длины волн за пределами приблизительно 400–700 нанометров . [Обратите внимание, что другие животные имеют разные диапазоны: пчелы могут видеть в ультрафиолете (ниже 400 нанометров), а некоторые змеи могут «видеть» в инфракрасном диапазоне (выше 700 нанометров).]

Однако будьте осторожны, чтобы не зайти слишком далеко. В частности, цвет — это нечто большее, чем одна длина волны. Например, свет может падать на ваш глаз с двумя наложенными длинами волн, одна из которых очень хорошо резонирует с зеленым рецептором, а другая особенно хорошо резонирует с синим. Полученное восприятие, скорее всего, будет чирком, который просто невозможно воспроизвести с помощью одной длины волны . Это в точности аналогично звуку, где монохроматический «чистый» звук никогда, ни на какой частоте не будет звучать как труба или альт — тембры этих инструментов определяются разной силой обертонов. Другими словами, «все цвета радуги» не включают в себя все цвета.

Другой момент заключается в том, что существуют допустимые комбинации уровней стимуляции рецепторов, которые не могут быть достигнуты с помощью любой комбинации длин волн . Отчасти это связано с тем, что диапазоны ваших рецепторов не разделены. Обратите внимание, например, что «красные» (L) и «зеленые» (M) рецепторы на самом деле довольно близки. Трудно стимулировать одно без другого. Вы никогда не сможете, например, получить «100% зеленого, 0% красного и синего» в качестве сигнала от вашего глаза к вашему мозгу. Такие теоретические цвета, которые невозможно воспроизвести ни при каком источнике света, называются воображаемыми цветами .. Предположительно, вы действительно можете видеть некоторые воображаемые цвета, сначала насыщая один или несколько рецепторов (скажем, глядя только на много чистого зеленого в течение нескольких минут), тем самым истощая их, а затем глядя на другой источник света. Реакция, которую вы получите, не будет такой же, как при обычном использовании этого источника света, поскольку некоторые из ваших рецепторов не работают на полную мощность. (Мне самому не очень повезло с этим экспериментом, но, возможно, у вас получится лучше.)

Наконец, что касается обнаружения : когда дело доходит до света, все, что с научной точки зрения, это разные длины волн электромагнитного излучения. У нас есть спектрометры почти для всех длин волн, далеко за пределами видимого диапазона. Таким образом, вы всегда можете определить точный состав света (например, 12% в диапазоне 550-553 нм, 80% равномерно распределены между 600 и 700 нм, 8% сфокусированы на 350 нм). Нам не нужно полагаться на физиологию наших глаз.

Глаз чувствителен к свету с длиной волны в диапазоне примерно от 700 до 400 нм, и у недальтоников все длины волн в этом диапазоне обнаруживаются одним или несколькими типами клеток колбочек . Так что в этом диапазоне нет скрытых цветов.

Свет за пределами диапазона 700-400 нм нельзя увидеть, поэтому я полагаю, вы могли бы утверждать, что это скрытые цвета, но тогда мы склонны определять слово «свет» как означающее то, что мы можем видеть, и мы бы сказали, что длины волн больше более 700 нм — инфракрасные, а менее 400 нм — ультрафиолетовые.

На самом деле, утверждается, что если у вас удален хрусталик глаза (это может произойти из-за проблем с глазами), то вы сможете видеть дальше в УФ-диапазоне. Это связано с тем, что хрусталик поглощает ультрафиолетовый свет, и когда его удаляют, этот свет может достигать сетчатки и восприниматься. Возможно, это считается скрытым цветом. Мне не хочется экспериментировать :-)

Это действительно зависит от того, что вы подразумеваете под цветом.

Если под цветом вы понимаете «реакцию человеческого мозга на данную комбинацию длин волн», то по определению не может быть невидимых цветов; Комбинации длин волн, которые не стимулируют колбочки в глазу, просто эквивалентны черному цвету .

Если под цветом вы подразумеваете «заданную комбинацию длин волн», то мы на самом деле полностью слепы почти ко всем из них , потому что свет — это многомерный сигнал, и наши глаза могут воспринимать из них только три-четыре измерения. Например, мы не можем отличить чистую волну 550 нм (то, что мы называем «зеленой») волной и комбинацией волн 520 и 580 нм; конечно, это разные сигналы, но наша зрительная система заставляет нас верить, что они эквивалентны.

Если под цветом вы подразумеваете «единственную, уникальную длину волны», то мы действительно можем видеть цвета, которых не существует ; например, для оранжевого цвета существует одна длина волны (около 620 нм), а для фиолетового нет (это изобретение нашего мозга для описания комбинаций красного и синего).

Быстро попробуйте это: представьте ослепительно яркий красный свет! Теперь синий! Теперь желтый!

Вы могли видеть резкие различия, переходя от цвета к цвету, не так ли?

Но если подумать о том, что только что происходило у вас в голове, в глаза не попадали цветные фотоны, не так ли? Итак, то, что вы только что сделали, должно быть отделено от световых частот, воспринимаемых вашими глазами. Тот факт, что вы можете легко различить каждое из этих явлений только в вашей голове, показывает, что они имеют физический смысл. Тот факт, что это сложные, низкоэнергетические, плохо изученные явления, которые действуют только в вашем мозгу, не делает их менее реальными, просто их намного труднее получить и проанализировать.

Более философский термин для этих явлений, происходящих только в вашей голове, — квалиа (Квалиа). Мы склонны предполагать , что все люди имеют одни и те же квалиа для света, потому что у нас есть одинаковые обозначения для полос света, которые их вызывают.

Однако сильная форма этого предположения почти наверняка неверна. Например, существует удивительно странное состояние, которое некоторые люди называют синестезией , при котором сенсорные входные данные смешиваются и преобразуются в несколько квалиа. В основном это связано с добавлением цвета к буквам и цифрам, но в некоторых из более радикальных форм прикосновение к определенному месту на чьей-то ноге может вызвать цвет или запах.

Даже для тех из нас, у кого нет синестезии (я очень завидую тем, у кого она есть), квалиа может быть переназначено. Однажды я на время потерял обоняние, а когда оно вернулось, первые два запаха, с которыми я столкнулся (только), превратились в совершенно новые квалиа. Следовательно, переработанный сигаретный дым и бензин теперь пахнут для меня съедобной едой ( фу! ). Это было категорически не так, пока мой мозг не решил «переназначить» сигналы, которые они химически вызывают в моем носу.

Итак, сложив все это вместе, ответ на ваш вопрос будет двояким:

1. Существуют ли спектры света, которые могут видеть некоторые существа, но не видят люди? Определенно да, так как, например, есть птицы, у которых есть рецепторы для четырех световых полос вместо трех. Их дополнительный рецептор находится в том, что мы бы назвали ультрафиолетом. (Их другие цветовые рецепторы тоже не совсем такие, как наши.)

2. Существуют ли квалиа , которые некоторые существа могут видеть «только в своей голове», которые люди не могут вообразить? Этот вопрос сложнее, чем кажется, потому что в настоящее время не существует технологии, с помощью которой можно было бы обнаружить кажущиеся тонкими различия между квалиа в функционирующем мозге. Я думаю, что вполне вероятно, что птицы, способные видеть в ультрафиолетовом диапазоне, также обладают уникальной квалиа («Квал ай», единственное число от квалиа), которая помогает им интерпретировать более широкий диапазон сенсорных сигналов. Так что, наверное , они видят что-то другое.

Однако мы не знаем этого наверняка. Например, может случиться так, что такие птицы просто растягивают те же квалиа, которые мы используем, представляя себе радугу, чтобы охватить более широкий диапазон световых спектров. В этом случае ультрафиолет для птицы выглядел бы так же, как то, что мы называем фиолетовым.

Так почему же я думаю, что у таких птиц есть уникальное свойство олицетворять ультрафиолетовый свет?

Ну, в основном из-за этого: Предполагая, что вы не дальтоник (приношу свои извинения, если это так): представьте себе красный цвет! Представьте зеленый! Эти два qualia выглядели очень похожими на вас? Настолько, что вам трудно вспомнить, что есть что? Нет? Нисколько? На самом деле, некоторые из вас, вероятно, прямо сейчас кричат ​​в своих головах: «Ты, болван, красные и зеленые квалиа не похожи друг на друга! Как ты мог даже подумать об этом?»

Ну, очень легко, если бы я был красно-зеленым дальтоником. Видите ли, большинство людей не осознают, что дальтонизм на красный и зеленый цвета является нормой для всех млекопитающих, кроме приматов.

Приматы получили дополнительный светочувствительный белок в основном потому, что едят много фруктов. Фрукты, однако, обладают любопытным свойством, называемым «зрелостью», которое в среднем они демонстрируют изменением цвета. Чаще всего такое изменение заключается в переходе от зеленого (незрелого) к красному (зрелому). К сожалению, млекопитающие в целом не могут видеть это конкретное изменение цвета, что ставит собаку, например, в явно невыгодное положение, если она голодна и пытается найти спелые фрукты в качестве запасного источника пищи.

Таким образом, чтобы лучше справляться с фруктами, у приматов есть этот дополнительный сенсорный белок для зеленого света, который структурно получен из белка, чувствительного к красному цвету, который есть у всех млекопитающих, и все еще очень похож на него.

Но вот важный момент: мы не просто получили еще один датчик цвета, мы также получили новое, совершенно другое качество (представьте себе зеленый!). Люди без красно-зеленого дальтонизма склонны согласиться с тем, что этот новый quale «это не созревший фрукт» сильно отличается от старого красного quale (представьте себе красный!), который ранее включал тот же самый газон.

Это сильное различие между двумя квалиа помогает нам превращать различия в спектрах, которые видят наши глаза, в реальное преимущество для выживания, в частности, делая тривиальным и быстрым просмотр дерева и замечание красных плодов, выступающих, как воспаленные пальцы. Какая-то незначительная разница, например, между некоторыми оттенками синего, не будет столь же эффективной для этого быстрого процесса сортировки.

Итак: если птица добавит рецепторы ультрафиолетового белка, не будет ли логично, что у них также будет новое качество, специально предназначенное для того, чтобы выделить этот дополнительный сенсорный вход? Вот почему я держу пари, что птицы, чьи глаза имеют рецепторы для ультрафиолетового света, также воспринимают ультрафиолет как новый цветовой квал, то есть как совершенно новое цветовое ощущение, которое мы, люди, буквально не можем себе представить.

Итак, подведем итог: что такое квалиа?

Никто не имеет ни малейшего представления! Извиняюсь.

Но я надеюсь, что когда-нибудь с помощью таких методов, как фМРТ , мы действительно начнем понимать, что происходит в мозгу, достаточно хорошо, чтобы определять, когда действуют различные квалиа. Тогда и только тогда мы сможем узнать наверняка, соответствует ли мое определение «красного» только в моей голове тому, что у вас в голове.

И даже дальше по щуке, кто знает? Простые электроды, безусловно, могут вызывать мощные ощущения — квалиа — в человеческом мозгу. Возможно, когда-нибудь кто-нибудь придумает какой-нибудь хитрый способ ввести в мозг человека-добровольца термин «ультрафиолет», который используется только птицами. Тогда этот счастливчик впервые в истории человечества увидит цвет, которого никто никогда раньше не видел, цвет, к которому все человечество было буквально дальтоником на протяжении всего своего предшествующего существования.

Разве это не было бы замечательно, чтобы созерцать?

У нас есть цветовосприятие, потому что мы трихроматы. В наших генах есть код для трех немного различающихся светочувствительных молекул. Светочувствительные клетки сетчатки называются колбочками, и каждая соседняя колбочка производит одну из различных версий светочувствительной молекулы. Таким образом, каждый из трех типов колбочек немного по-разному реагирует на входящий свет, и затем нейронные клетки сравнивают эти реакции.

Пиксели наших компьютерных мониторов и наших телевизоров бывают трех цветов. Всего три цвета. Этих трех цветов достаточно для удовлетворительной цветопередачи. Причина, по которой трех цветов достаточно, заключается в том, что наши глаза имеют только три типа колбочек.

В эволюционной истории трихромазия появилась сравнительно недавно. Приматы — трихроматы; многие млекопитающие являются дихроматами. Если бы все мы, люди, были дихроматами, то нашим компьютерным мониторам и телевизорам требовалось бы всего два цвета для удовлетворительного воспроизведения всех цветов, которые мы можем видеть. (РЕДАКТИРОВАТЬ - Сэм Хосевар указал в комментарии, что утверждение о цветопередаче чрезмерно упрощено.)

Так что все дело в том, сколько различных светочувствительных молекул доступно и насколько хорошо нейроны справляются со сравнением ответов от колбочек с разной чувствительностью.

Мы, трихроматы, имеем доступ к большему цветовому миру, чем дихроматы. Есть цвета, которые для трихромата выглядят иначе, но идентичны для дихромата.

И наоборот, вид, который является тетрахроматическим (и имеет нейронную связь для сравнения всех различных ответов), будет иметь доступ к еще большему цветовому миру.

По сравнению с полностью функционирующим тетрахроматом мы, трихроматы, частично дальтоники.

Цвет в основном формируется в мозгу, а не в глазах. Также человеческий глаз может воспринимать электромагнитные волны от 4000 до 7000 Ангстрем, грубо говоря, так называемый видимый свет. Выше этого диапазона находится инфракрасная область. Это не красный цвет или что-то в этом роде, это условное название. Наш глаз не может с этим справиться, поэтому мозг не распознает его.

Это сложно, если вы думаете об этом впервые, и может быть очень запутанным.

Таким образом, цветовая доза не существует, она отличается от вида к виду.

Существуют разные виды цветовой слепоты.

В тестах цветового зрения (цветовые пятна, когда вы видите цифры или нет) есть некоторые тесты, в которых люди с нормальным зрением не могут видеть цифру, но люди с определенным дальтонизмом могут ее видеть. Это означает, что люди с нормальным зрением дальтоники к некоторым специфическим цветовым различиям.

Это не значит, что этот цвет покажется вам серым. Это означает, что два пятна будут казаться вам одного цвета (если у вас нормальное цветовое зрение) и могут быть различимы одно от другого кем-то другим (у которого предполагается плохое цветовое зрение).

Если вы используете спектрограф, даже только в видимом диапазоне длин волн, у вас будет гораздо больше данных (доля каждой длины волны), чем у обычного человеческого глаза, которые суммируют их только до трех значений.

Были найдены женщины с квадрахроматическими цветами, однако они очень редки, но по сравнению с ними мы все дальтоники, поскольку они могут видеть оттенки, которые мы не можем видеть.

Я добавлю это к прекрасному ответу Криса Уайта:

Люди с синестезией могут ощущать цвет, когда их стимулируют другие ощущения, например звуки или буквы. И некоторые такие люди сообщают, что видят «инопланетные цвета», которые существуют только в их поле зрения, когда они смотрят на определенные графемы , такие как знаки препинания.

Вполне возможно, что такие «чужие цвета» действительно могут быть восприняты, но их невозможно воспроизвести в физическом мире (путем комбинирования видимых частот) именно потому, что они являются результатом прямой/внутренней нейронной стимуляции и не ограничены те же правила, которые справедливы для нейронных сигналов, генерируемых цветовыми рецепторами в глазах человека.

Если это правда, то также возможно, что когда-нибудь мы сможем обнаруживать, записывать и воспроизводить такие «инопланетные цвета», когда узнаем достаточно о том, как работает обработка человеческого зрения, чтобы иметь возможность создавать высококачественные искусственные глаза.

Я не провоцировал это в исходном ответе, потому что это было бы очень грязно, но теперь я должен.

Ваш мозг получает сигнал для 520 нм (5200 Ангстрем), теперь вы сказали до свидания своему учителю или родителям, что этот конкретный тип сигнала зеленого цвета, поэтому вы видите лист дерева зеленым, что, если с рождения вы были в другом мире а вам сказали 520нм как красный а не зеленый и наоборот вы бы всегда думали как вам сказали. тогда для вас листья были бы красными и клубнично-зелеными. Это не имеет значения. это? Все, что имеет значение, мы можем определить 520 нм и 660 нм как разные длины волн, это зависит от нас, как это назвать.

Это старый вопрос, но я очень удивлен, что никто не упомянул об этом:

Вы НЕ МОЖЕТЕ увидеть красно-зеленый.

Согласно нескольким веб-сайтам, некоторые исследования показали, что человеческий глаз не может видеть одновременно красный и зеленый цвета, поскольку красный и зеленый колбочки посылают сигналы, которые нейтрализуют друг друга.

Точно так же невозможно воспринять сине-желтый.

Вот оно. Два «цвета», представляющие собой смесь цветов радуги, пока невозможно обнаружить. Они известны как ЗАПРЕЩЕННЫЕ ЦВЕТА.

Конечно, возможно, например, цвета, которые видят пчелы, для нас невидимы.