Teoria Younga-Helmholtza (teoria trójchromatyczna, trójskładnikowa teoria widzenia barwnego) – teoria wyjaśniająca powstawanie barwnych wrażeń wzrokowych (zob. widzenie fotopowe, widzenie barwne) dzięki obecności w siatkówce oka człowieka i innych naczelnych trzech różnych fotoreceptorów, absorbujących światło widzialne w różnych zakresach długości fali promieniowania elektromagnetycznego. Została sformułowana przez Thomasa Younga w roku 1802 i rozbudowana w roku 1852 przez Hermanna Helmholtza.
Historia teorii trójchromatycznej
Problemy percepcji barw były przedmiotem rozważań filozofów i malarzy już w starożytności i w średniowieczu (zob. rys historyczny rozwoju wiedzy o barwie). Tworzono liczne systemy barw (metody porządkowania wrażeń), często z wykorzystaniem pojęć ton (odcień), jasność i nasycenie. Formułowano też empiryczne zasady mieszania barw (opierano się zwykle na obserwacjach zjawisk zwanych obecnie syntezą subtraktywną). Pierwszym uczonym, który stworzył system oparty na tylko trzech barwach – czerwonej, niebieskiej i żółtej – był prawdopodobnie belgijski uczony i jezuita, François d'Aguilon (1567–1617)[1]. Za początek naukowych badań w dziedzinie kolorymetrii uważa się odkrycia Newtona (1642–1726), który jako pierwszy wykazał, że za powstawanie barwnych wrażeń wzrokowych odpowiadają cechy światła, a nie obiektów, które obserwujemy jako barwne[2], oraz prace Maxwella (1831–1879)[3]. Od tego czasu zmieniły się podstawy nowych systemów barw (zob. np. system barw Ostwalda).
Za prekursora teorii trójchromatycznej jest uznawany Michaił Łomonosow (1711–1765), rosyjski uczony (prekursor chemii fizycznej) i poeta. W traktacie pt. Słowo o pochodzeniu światła, nową teorię o barwach przedstawiające, 1 lipca 1756 r. rzeczone napisał m.in. że na „dnie oka” znajdują się trzy rodzaje cząstek, pobudzanych do drgań przez drgające cząstki „eteru”, a następnie[4]:
Znajduję w końcu, że od pierwszego rodzaju eteru pochodzi barwa czerwona, od drugiego żółta, od trzeciego niebieska. Inne barwy powstają przez mieszanie pierwszych.
W kolejnych latach do podobnych wniosków – opartych już na wynikach prac Newtona – doszedł James Sowerby (1757–1822)[5][6], brytyjski botanik i historyk przyrody, który określił trzy barwy – żółtą, czerwoną i niebieską – mianem podstawowych[uwaga 1], jednak za twórców naukowej teorii trójchromatycznej są uważani dwaj naukowcy związani z medycyną: Thomas Young (1773–1829) i Hermann von Helmholtz (1821–1894)[7].
Teoria Younga i Helmholtza
Angielski fizyk i lekarz Thomas Young, zainteresowany badaniami falowej natury światła (zob. m.in. doświadczenie Younga), wygłosił w roku 1801 w Royal Society wykład pt. On the Theory of Light and Colours (o teorii światła i barw). Istotą przedstawionej hipotezy było założenie, że w siatkówce oka znajdują się trzy rodzaje „włókien nerwowych”, reagujących na promieniowanie całego widma światła widzialnego, ale najbardziej wrażliwych na zakresy długości fal, które odpowiadają jednej z barw podstawowych – czerwonej, żółtej lub niebieskiej. Stwierdził, że jednakowe pobudzenie trzech rodzajów włókien wywołuje wrażenie bieli, pobudzenie niejednakowe – wrażenia barwne, a brak pobudzenia – wrażenie czerni[9].
Na początku lat 50. XIX w. badania Younga podjął niemiecki fizjolog, fizyk i filozof, Hermann von Helmholtz. Zmodyfikował założenia Younga, przyjmując, że powstawanie różnych wrażeń barwnych jest efektem trzech niezależnych procesów fotochemicznych zachodzących w „substancji nerwowej” pod wpływem promieniowania, z udziałem trzech rodzajów światłoczułych receptorów, których reaktywność jest zależna od długości fali (λ) padającego światła – największa wówczas, gdy λ odpowiada barwom podstawowym: czerwonej, zielonej i fioletowej. Wyniki zostały opublikowane w roku 1860 w pracy Handbuch der physiologischen Optik (podręcznik optyki fizjologicznej). Poza rozwinięciem teorii Younga Helmholtz zdefiniował trzy – do dzisiaj stosowane – cechy otrzymywanych barw: jasność (jaskrawość), odcień (ton barwy) i nasycenie (czystość) oraz wyjaśnił różnice między subtraktywnym i addytywnym mieszaniem barw[9][10].
Kontynuacja badań Younga i Helmholtza
Dalszy szybki rozwój teorii trójchromatycznej nastąpił dzięki rozwojowi biochemii i neurofizjologii, w tym neurofizjologii wzroku[12], który nastąpił w XX w. Badania w tych dziedzinach prowadzili m.in. laureaci Nagrody Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny:
- 1963 – sir John Carew Eccles, Alan Lloyd Hodgkin i Andrew F. Huxley – za odkrycia dotyczące mechanizmów jonowych zaangażowanych w pobudzanie i inhibicję peryferyjnych i centralnych części błony komórkowej nerwów[13],
- 1967 – Ragnar Granit, Haldan Keffer Hartline i George Wald – za odkrycia dotyczące podstawowych fizjologicznych i chemicznych procesów widzenia[14].
Badania biochemiczne objęły określenie struktury i funkcji białek receptorowych – fotopsyn (zob. opsyny, rodopsyna, jodopsyna, retinal). Wśród naukowców, którzy wnieśli znaczący wkład, wymieniani są m.in.[10][9]:
- Stjepan Poljak (1889–1955) – amerykański neurofizjolog chorwackiego pochodzenia, który zakładał istnienie w każdym czopku mieszaniny trzech różnych fotopigmentów, przy czym komórki dwubiegunowe monosynaptyczne miały reagować na promieniowanie odpowiadające czerwieni, „szczoteczkowe” – zieleni i „pędzelkowe” – barwie niebieskiej[15],
- William A.H. Rushton (1901–1980) – angielski fizjolog, autor pracy Barwniki i bodźce w widzeniu barwnym (1970), który opisał barwniki wzrokowe[16][17][15]:
Istotny wkład wnieśli również m.in. Karl Ewald Hering (1834–1918, nominowany do Nagrody Nobla w roku 1911[21]), Johannes von Kries (1853–1928, nominowany do Nagrody Nobla w roku 1917[22]), Henri Piéron (1881–1964), Frank J. Weigert, Leo Hurvich i Dorothea Jameson[23].
Współcześnie teoria trójchromatyczna (w tym trójkąt Maxwella, który dzięki niej przestał być wyłącznie jakościowym opisem cech koloru) stała się podstawą matematycznych modeli przestrzeni barw, takich jak np. RGB (oraz RGB z kanałem alfa), CMYK, CIEXYZ (CIE1931 i 1964)[24][25], CIELab (CIE1976), CIELUV, HSV (HSB), HSL, YUV i YIQ.
Uwagi
Przypisy
- ↑ Narciso Silvestrini , Ernst Peter Fischer , Franciscus Aguilonius, [w:] Colour order systems in art and science [online], www.colorsystem.com [dostęp 2023-11-24] (ang.).
- ↑ Narciso Silvestrini , Ernst Peter Fischer , Isaac Newton, [w:] Colour order systems in art and science [online], www.colorsystem.com [dostęp 2023-11-24] (ang.).
- ↑ Narciso Silvestrini , Ernst Peter Fischer , James Clerk Maxwell, [w:] Colour order systems in art and science [online], www.colorsystem.com [dostęp 2023-11-24] (ang.).
- ↑ Zausznica 1958 ↓, s. 272–273.
- 1 2 Narciso Silvestrini , Ernst Peter Fischer , James Sowerby, [w:] Colour order systems in art and science [online], www.colorsystem.com [dostęp 2023-11-24] (ang.).
- ↑ Władysław Artur Woźniak , Fotometria i kolorymetria. Historia nauki o świetle. Poglądy empiryczne, [w:] Materiały dydaktyczne PWr [online], Instytut Fizyki PWr [zarchiwizowane 2014-07-15] .
- ↑ Narciso Silvestrini , Ernst Peter Fischer , Hermann von Helmholtz, [w:] Colour order systems in art and science [online], www.colorsystem.com [dostęp 2023-11-24] (ang.).
- ↑ Bruce MacEvoy , The Trichromatic Theory [online], handprint.com [dostęp 2014-07-03] (ang.).
- 1 2 3 Józef Mielicki , Ewolucja poglądów na istotę barwy (cz. II), „Informator Chemika Kolorysty”, nr 11, s. 2-11 [zarchiwizowane 2016-03-14] .
- 1 2 Wiktor Stopyra , Widzenie barw, „Okulistyka”, 3 (19), 2012, s. 4–14 [zarchiwizowane 2014-07-14] .
- ↑ Jade Li i inni, Structure of Bovine Rhodopsin in a Trigonal Crystal Form, „Journal of Molecular Biology”, 343 (5), 2004, s. 1409–1438, DOI: 10.1016/j.jmb.2004.08.090, PMID: 15491621 [dostęp 2023-11-24] (ang.).
- ↑ N.W. Daw , Neurophysiology of color vision, „Physiological Reviews”, 53 (3), 1973, s. 571–611, DOI: 10.1152/physrev.1973.53.3.571, PMID: 4197798 [dostęp 2023-11-24] (ang.).
- ↑ The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1963 [online], Nobel Prize Outreach AB [dostęp 2023-11-24] (ang.).
- ↑ The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1967 [online], Nobel Prize Outreach AB [dostęp 2023-11-24] (ang.).
- 1 2 Zausznica 1958 ↓, s. 274–275.
- ↑ Bruce MacEvoy , Photopigment Molecules [online], handprint.com [dostęp 2014-07-03] (ang.).
- ↑ >W.A.H. Rushton , Review Lecture. Pigments and signals in colour vision, „The Journal of Physiology”, 220 (3), 1972, s. 1–31, DOI: 10.1113/jphysiol.1972.sp009719, PMID: 4336741, PMCID: PMC1331666 [dostęp 2023-11-24] (ang.).
- ↑ OPN1LW opsin 1 (cone pigments), long-wave-sensitive [Homo sapiens (human)] [online], National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine [dostęp 2014-07-04] (ang.).
- ↑ OPN1MW opsin 1 (cone pigments), medium-wave-sensitive [Homo sapiens (human)] [online], National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine [dostęp 2014-07-04] (ang.).
- ↑ OPN1SW opsin 1 (cone pigments), short-wave-sensitive [Homo sapiens (human)] [online], National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine [dostęp 2014-07-04] (ang.).
- ↑ Ewald Hering, [w:] The Nomination Database for the Nobel Prize in Physiology or Medicine, 1901–1953 [online], Nobel Media AB [zarchiwizowane 2014-07-14] (ang.).
- ↑ Johannes von Kries, [w:] The Nomination Database for the Nobel Prize in Physiology or Medicine, 1901–1953 [online], Nobel Media AB [zarchiwizowane 2014-07-14] (ang.).
- ↑ Zausznica 1958 ↓, s. 277–281.
- 1 2 Bruce MacEvoy , CIE – 1931-System [online], handprint.com [dostęp 2014-07-03] (ang.).
- ↑ Bruce MacEvoy , 1964 XYZ color matching functions [online], handprint.com [dostęp 2014-07-03] (ang.).
- ↑ International Commission on Illumination [online] [dostęp 2014-07-03] (ang.). (w tym: CIE 1931 standard colorimetric observer. CIE. [dostęp 2014-07-03].)
Bibliografia
- Adam Zausznica: Nauka o barwie. Warszawa: PWN, 1958.
Linki zewnętrzne
- Leo M. Hurvich, Dorothea Jameson, Helmholtz and the Three-Color Theory: An Historical Note, The American Journal of Psychology, Vol. 62, No. 1 (Jan., 1949), pp. 111-114
- Czopki i pręciki, czyli podstawy fizjologii widzenia na www.logbia.republika.pl