Благодаря чему мы видим
Почему мы видим мир цветным
Многих интересует вопрос о том, почему тот или иной предмет имеет определённые цвета, или вообще, почему мир цветной? При этом в освещении мы видим всё в различных цветах, а при его отсутствии мир становиться чёрно белым. На этот счёт существует несколько теорий, каждая из которых имеет право на существование. Но всё же, большинство учёных сходны в том, что такого понятия как цвет нет вовсе. Нас окружают электромагнитные волны, каждая из которых имеет определённую длину. Каждый вид электромагнитной волны воздействует на наш глаз возбуждающе, и те ощущения, которые при этом возникают, порождают нашим зрением некие «воображаемые цвета».
Большинство из вышесказанного уже получило научное доказательство. Так, точно установлено, что сетчатка нашего глаза имеет три типа специальных рецепторов – колбочек. Каждый тип таких рецепторов настроен на восприятие определённого типа участка спектра ( существует три основных участка: синий, красный и зелёный). Из указанных трёх цветов путём сочетаний можно получить все существующие оттенки в мире. Это вполне обычно для нашего зрения, которое является трихроматическим цветным.
Наш глаз способен улавливать только видимый диапазон спектра, то есть, только часть электромагнитных колебаний. Так, чтобы появился синий цвет, на сетчатку должны попадать электромагнитные волны, длина которых равна 440 нанометров, для красного цвета – 570 нанометров, а зелёного – 535 нанометров. Нетрудно заметить, что у красного и зелёного цвета очень близкие диапазоны волн, что приводит к тому, что некоторые люди с нарушением в строении сетчатки, не могут различать именно эти два цвета.
Но как происходит смешение этих цветов и получение уникальных оттенков? Этим свойством наградила нас природа. Это происходит автоматически, причём мы не сможем увидеть, как происходит смешение, или из каких цветов состоит тот или иной оттенок. Рецепторы в сетчатке воспринимают спектры, и посылают сигналы в мозг, который и завершает процесс переработки и выдаёт тот или иной цвет. Именно благодаря мозгу мы получаем чёткие очертания предметов, их цветовые детали. Такое свойство взяли на вооружение художники, которые подобно колбочкам смешивают основные цвета, получая всевозможные оттенки для своих произведений.
Почему же ночью мы всё видим в чёрно белых тонах? Всему виной свет, без которого мы не сможем увидеть абсолютно ничего. Рецепторы – колбочки, о которых рассказывалось выше, и которые собственно и отвечают за цветное зрение, имеют очень низкую светочувствительность, и при низком освещении, они просто «не работают».
Парейдолия — почему мы видим лица там, где их быть не может?
Как работает парейдолия?
Вы отдыхаете, расслабились, о чем-то думаете и смотрите в одну точку. Фокусируете внимание на причудливых узорах обоев, которые неожиданно предстают в виде лица. Перемещаете взгляд на шторы — там тот же лик.
Отчетливые зрительные образы каждый из нас способен увидеть в любом окружающем предмете. Все зависит от того, чем в данный момент заняты ваши мысли и какое у вас настроение. Иногда даже складывается впечатление, что окружающие предметы словно оживают.
Слово парейдолия образовано от сочетания — para (около или отклонение от чего-либо) и eidolon (изображение). Речь идет о способности различать одушевленные и неодушевленные предметы в различных зрительных образах.
И такая способность характерна не только для современного человека. Американский космолог Карл Саган, к примеру, считает, что во многом благодаря парейдолии и удалось выжить древнему человеку. Нашим предкам, как и нам сегодня, достаточно было бросить мимолетный взгляд, чтобы «считать» информацию в окружающем пространстве и судить о приближении друга или врага.
В современной жизни парейдолия играет не менее важную роль и достаточно часто становится темой обсуждения в различных блогах. Интересно поделиться с другими привычными вещами, в которых неожиданно видны черты, присущие живому существу.
В некоторых случаях феномен парейдолии связывают с ложными наблюдениями неопознанных летающих объектов или призраками. Безусловно, каждый конкретный случай требует отдельного и тщательного изучения. Не все можно списать на парейдолию, но, согласитесь, как легко даже в пламени огня увидеть мятущихся призраков.
«Живые» образы в кулинарных шедеврах
Крепкий сон ночью и бодрое пробуждение утром задают позитивный тон новому дню. Тогда даже утренний кофе в чашке вам «улыбнется».
За завтраком рассмотреть странноватую рожицу инопланетного происхождения можно и в таком привычном блюде, как яичница.
В процессе приготовления пищи феномен парейдолии встречается особенно часто. Идеи для фантазий порой подает сама природа, создавая фрукты, овощи и другие продукты необычной и напоминающей живые существа формы.
Исследования показывают, что гораздо чаще такое явление, как парейдолия имеет религиозный подтекст. Этой теме свое исследование посвятили ученые из Финляндии. Выяснилось, что верующим людям проще рассмотреть в окружающей обстановке «лики святых» или другие связанные с их религией образы.
К примеру, Диана Дьюсер из Майами не только разглядела в подгоревшем сырном тосте образ Девы Марии, но и выставила ценный лот на продажу на интернет-площадке eBay.
Армия оживших механизмов
Где имеется широкий простор для фантазии, так это — бытовая техника и другие окружающие нас предметы. Перед вами целая серия фотографий, в которых вы наверняка сможете разглядеть признаки живого существа. Некоторые из них словно улыбаются, другие замирают от ужаса. Одним словом, выражают ту богатую гамму эмоций, которые обычно испытывают сами люди.
Иллюзии парейдолии в творчестве
Явление парейдолии с древних времен получило широкое распространение в работах известных живописцев. Сам Леонардо да Винчи описывал это явление в качестве одного из художественных приемов. Часто и умело его использует и венгерский мастер Иштван Орос в своей серии гравюр, в каждой из которых можно рассмотреть мистический череп.
Современные специалисты в области анимации подтвердят, что не только на мебели и электрических приборах люди склонны видеть некое подобие лиц. Придать элементы одушевленности можно практически любой геометрической фигуре. Достаточно поставить в ее области точку.
Этим объясняется популярность используемых в интернете смайликов. Самый простой вариант — поставить две точки и нарисовать короткую линию под ними. У любого, кто посмотрит на это абстрактное изображение, тут же возникнут ассоциации с человеческим лицом: точки — два глаза, линия — рот.
Явление парейдолии сегодня способны имитировать даже электронные системы и цифровые фотоаппараты. Интересный эксперимент, связанный с явлением парейдолии, провела группа корейских фотохудожников. В рамках проекта специалисты создали целую серию фотографий неба. На ряде снимков облака меняют форму, часто напоминающую человеческие лица.
Фотокамеру подключили к компьютерной системе, одна из программ которой способна распознавать лица. В результате камера фиксировала в облачном небе образы, которые, фантазируя, может увидеть человек. Чаще всего, это, конечно, лица.
Тонкая грань между любовью и ненавистью
Исследования показывают, что одни и те же изображения разные люди могут воспринимать совершенно иначе. И чем больше абстракции, тем меньше вероятность возникновения негативных эмоций, а еще точнее эффекта «зловещей долины», описанный японцем Масахиро Мори в 1978 году.
Ученый изучал, какие эмоции испытывают люди, когда видят роботов, внешне похожих на них самих. Выяснилось, что если антропоморфный объект лишком натуралистичный, у человека резко возникает неприязнь.
Когда роботы в целом напоминали людей, но не копировали их — эмоции были исключительно позитивными. Максимально реалистичные роботы переставали быть «милыми» и вызывали страх, поскольку казались настоящими людьми, но в то же время ненормальными.
«Человеческие черты» автомобилей
Явление парейдолии достаточно часто наблюдается в автомобилестроении. Замечено, что передняя часть автомобиля при определенных условиях схожа с человеческим лицом. Антропоморфизм отлично работает, когда образ и форма выполняют похожие функции. К примеру, фары автомобиля имеют сходство с человеческими глазами. В некоторых моделях авто это особенно заметно, хотя, целенаправленно к такой схожести никто и не стремится.
Такой эффект наглядно продемонстрировала студия Pixar в мультипликационном фильме «Тачки», в котором удачно «очеловечили» автомобили.
Ученые объяснили, почему мы видим лица в случайных предметах
Парейдолия — зрительная иллюзия, при которой люди видят лица, фигуры людей и животных там, где их нет — в предметах, облаках, звездном небе, узоре на обоях. Один из известнейших примеров парейдолии — знаменитое «лицо» на Марсе. В качестве основы для иллюзии выступают элементы реальных объектов. Психически здоровые люди, как правило, понимают, что столкнулись с игрой воображения, при расстройствах психики же больные часто принимают парейдолии за реальность.
Когда мы видим лица в различных объектах, наш мозг использует те же механизмы, что и при распознавании лиц людей, выяснили австралийские ученые из Университета Нового Южного Уэльса. Исследование было опубликовано в журнале Psychological Science.
«В интернете пользователи собирают тысячи фотографий предметов быта, похожих на лица, — говорит доктор Колин Палмер, ведущий автор исследования. — Поразительная особенность этих объектов в том, что они не просто похожи на лица, но даже могут передать эмоции или социальное взаимодействие. Например, окна дома могут быть похожи на два глаза, смотрящие на вас, а болгарскиий перец — на счастливое лицо».
Однако почему возникает парейдолия? По словам доктора Палмера, чтобы ответить на этот вопрос, нужно обратить внимание на то, что включает в себя распознавание лица. Хотя все человеческие лица немного отличаются, пространственное расположение глаз и рта остается неизменным.
«Эта основная закономерность черт, определяющих человеческое лицо, к которой приспособлен наш мозг,
— отмечает он. — Скорее всего, именно она приводит к парейдолии. Но распознать лицо значит не только заметить его присутствие. Нам также необходимо понять, кто этот человек, и получить с помощью его лица информацию — например, обратил ли они внимание на нас, счастлив ли он или расстроен».
Этот процесс задействует те части нашего мозга, которые специализируются на извлечении такого рода информации из зрительных образов. Исследователи задались вопросом, активируются ли эти же механизмы, когда мы сталкиваемся с парейдолией.
«Если вам много раз показывают изображения лиц, которые смотрят, например, влево, ваше восприятие со временем изменится — лица будут казаться более «правыми», чем они есть на самом деле, — объясняет Палмер. — По всей видимости, это отражает некий процесс привыкания в мозге: клетки, участвующие в определении направления взгляда, изменяют свою чувствительность, когда мы постоянно сталкиваемся с людьми, имеющими определенное направление взгляда».
Так, человек, который неоднократно видит лица, взгляд которых направлен был влево, при встрече со смотрящим прямо на него говорил, что глаза оппонента, напротив, скошены вправо.
«Мы обнаружили, что повторяющийся просмотр «парейдолийных» лиц, «взгляд» которых передавал определенное направление (например, объекты, которые, как казалось, смотрят влево), менял восприятие того, куда был направлен взгляд, — продолжает Палмер. — Это говорит о перекрытии нейронных механизмов, которые активны, когда мы испытываем парейдолию и смотрим на человеческие лица».
По словам исследователей, это происходит потому, что черты объекта активируют в мозге механизмы, которые предназначены для считывания информации с человеческих лиц.
«Парейдолия — это визуальная иллюзия, — говорит Палмер. — Мы знаем, что у объекта на самом деле нет сознания, но мы не можем не видеть в нем определенных характеристик, таких как направление взгляда, из-за механизмов в нашей зрительной системе, которые активируются, когда мы обнаруживаем нечто, похожее на черты лица».
Парейдолия, по всей видимости, продукт эволюции — она наблюдается и у других приматов. Распознавание лиц важно как в социальном плане, для взаимодействия с окружающими, так и, например, для обнаружения хищников поблизости. Хорошо развитая способность к распознаванию лиц может приводить к ложноположительному результату, поэтому и возникают подобные зрительные иллюзии и мы видим лица там, где их нет. Однако, как отмечает Палмер, лучше иметь слишком чувствительную систему распознавания лиц, чем недостаточно развитую.
Также он надеется, что данные о том, как мозг обрабатывает информацию о лицах, позволят больше узнать о когнитивных нарушениях, при котором распознавание лиц нарушено. В дальнейшем исследователи планируют подробнее изучить, какие механизмы мозга вовлечены в определение эмоций, направления взгляда и других особенностей лиц и как это работает у разных людей.
Цвет — это лишь иллюзия, созданная мозгом
Невероятно, но в окружающем нас мире красок нет. Цвет — это лишь иллюзия, созданная мозгом, в физической реальности не существующая.
Посмотрите вокруг себя. Вас с самого рождения окружает иллюзия, «дополнительная реальность», которая будучи хорошим приспособлением настолько привычна, что подобно воздуху, для нас абсолютно незаметна.
Например, радугу человек показывает как бы только себе: ее существование связано с особенностями человеческого зрения и зависит от конических фоторецепторов в ваших глазах — для других живых существ, не имеющих подобных конусов-колбочек, радуга вообще не существует. Таким образом, вы не просто смотрите на радугу — вы создаете ее.
Дадим слово Эрвину Шрёдингеру, нобелевскому лауреату по физике, одному из создателей квантовой механики, более известному широкой публике благодаря одному коту: «Если вы спросите у физика, что, в его понимании, есть желтый свет, он вам ответит, что это поперечные электромагнитные волны, длина которых примерно равна 590 нанометрам (нм). Если вы спросите его: «а где тут желтый?», то он ответит: «в моей картине его нет совсем, но когда эти колебания попадают на сетчатку здорового глаза, у человека, которому принадлежит этот глаз, возникает ощущение желтого цвета.»
Однако, ощущение цвета невозможно объяснить в рамках объективной картины волн света, имеющейся у физиков. Доказательством тому служат зрительные иллюзии, цветные сны с закрытыми глазами и люди, споcобные видеть цвет иными органами чувств.
Обман зрения
Зрительные иллюзии раскрывают некоторые аспекты того, как работает зрение. Если пристально смотреть на точку в центре черно-белого изображения в течение 15 секунд, то картинка обретает краски.
Давайте посмотрим на ещё одну иллюзию. По русски она называется — бегущий салатовый круг, на английском звучит она более интересно, — сиреневый охотник или Пак—ман иллюзия. Основана она на эффекте Трокслера.
Что здесь необычного? Через мгновения на месте пропадающих фиолетовых пятен появляется зеленое пятно, носящееся по кругу. Но его ведь в реальности нет! Электромагнитные волны из диапазона спектра нанометров нам физически не попадают на сетчатку глаза. Это так же необычно, как если бы мы слышали мелодию песни, и при этом в ухо на барабанную перепонку не поступали бы звуковые колебания. А если сконцентрироваться на крестике, то фиолетовые пятна пропадают вовсе.
Вот статический кадр из гифки выше, который отображает реальность. Физически присутствуют только фиолетовые кружки. Зеленого нет ни на одном из кадров. Это ещё одно подтверждение нефизической природы цвета. Более того, когда мы видим цветные сны, глаза вообще закрыты.
Сконцентрируйте взгляд на центр картинки. Через некоторое время расплывчатые цветные образы исчезнут и превратятся в сплошной белый фон, исчезнув таким образом. Картинка не гиф. Здесь напротив, электромагнитные волны, отвечающие за цвета, попадают к нам в глаза, но цвета мы перестаем видеть.
Если посмотреть на центральные плитки кубика на вершине и на стороне повернутой к нам, то видно, что в первом случае плитка имеет коричневый цвет. Во втором — оранжевый. Это наше восприятие реальности. Но физическая реальность такова, что эти две плитки одно и то же.
Цветные цифры
«Я сказала моему отцу: я поняла, что для того, чтобы написать букву „R“ все, что я должна сделать, это сначала написать „P“ и затем провести линию вниз от её петли. И я была так удивлена, что могу превратить желтую букву в оранжевую букву, только добавив линию», — писала Патриция Лин Даффи, писатель и синестетик.
У некоторых людей раздражение одних органов чувств вызывает как специфические для него ощущения, так и ощущения, соответствующие другому органу чувств. Это явление называется синестезией, что с греческого переводится как совместное чувство. То есть человек может смотреть на движущиеся картинки и при этом слышать звук. Или для него каждая цифра или буква может иметь собственный цвет, как на рисунке ниже. Цветные цифры это самый распространенный вид синестезии. Кстати интересно, что увидит Патриция, если оранжевая для неё Р будет написана салатовыми чернилами?
То есть совсем не обязательно чтобы цвет был связан с определенной длиной электромагнитной волны. Цвет может порождаться звуковыми колебаниями, а звук, например, определенной анимацией.
Нобелевский лауреат по физике, Ричард Фейнман говорил, —»Когда я вижу уравнения, я вижу буквы в цвете — я не знаю, почему.» Да, он тоже был синестетиком.
Джеймс Ваннертон чувствует слова на вкус. Нью—Йорк для него по вкусу как вареное яйцо, а Лондон — как картофельное пюре. А другой человек, Макаллистер, видит музыку. У него на звук реагируют участки отвечающие за слух и зрение. Поразительно, что он слеп с 12 лет: «Когда я слышу музыку, у меня перед глазами появляются разноцветные вспышки, мне кажется, что вижу даже больше прекрасных цветов, чем зрячие люди.»
И вот, чтобы проверить, не врут ли люди и не сумасшедшие ли они, разработаны вот такие тесты, как на рисунке ниже. На листке напечатано много пятерок и двоек. Обычный человек сравнительно долго ищет двойки, для него все цифры на одно лицо. Синестетику же не нужно время на рассматривание каждой цифры. Он сразу видит образуемую двойками красную пирамиду.
Феномен цвета
Учеными проводились эксперименты на восприятие искусственными нейронными сетями (ИНС) иллюзий. Восприятие освещенности выбранной точки зависело от окружающей структуры, от контекста, в которой она находилась. Так же на формирование иллюзии влиял предыдущий опыт, стереотипность восприятия. Например, люди видят лицо выпуклым не только когда оно реально выпуклое, но и в случае, если это оборотная часть маски, то есть вогнутая внутрь фигура.
Мы живем в своей информационной реальности. Цвет лишь иллюзия созданная мозгом, в физической реальности не существующая. В зависимости от ожиданий, контекста, ментальных моделей, мозг может произвольно изменять цвета объектов. Что трудно было бы себе представить, если бы цвет был бы реальным физическим феноменом.
Цвета это определенная форма языка. Когда мы видим один цвет, мы видим нечто неопределенное, несамостоятельное, что—то вроде одного слова в языке. Интерпретация же этого «слова» происходит, если мы его помещаем в «предложение» и его контекст. А электромагнитные волны, это по видимому сущности, представленные для нас в двух ипостасях, экзистенциональной, как часть физической реальности, и денотативной как и чернильные пятна на бумаге, сформированные в осмысленные для нас конфигурации, слова имеющие смыслы, как часть реальности информационной.
Кстати, даже если будет раскрыта природа цвета в нашем сознании, возникает вопрос, а почему цвета именно такие, какими мы их видим? Это обусловлено нашим строением или это может быть было как-то случайно выбрано в ходе эволюции, как случайно были выбраны именно такие, а не иные буквы для алфавита? Каково это видеть мир в ультрафиолете или в гамма?
Так же из этого следует, что наш мир, видимо, не только не красочен, но еще и беззвучен. И на вопрос, слышен ли звук падающего дерева в лесу, если рядом никого нет, можно дать ответ. Нет, не слышен. Физика сохраняется. Дерево падает, распространяются колебания воздуха. Но звук рождается в мозге наблюдателя.
ПОЧЕМУ МИР РАЗНОЦВЕТНЫЙ
Кандидат химических наук О. БЕЛОКОНЕВА.
Представьте, что вы стоите на залитом солнцем лугу. Сколько вокруг ярких красок: зелёная трава, жёлтые одуванчики, красная земляника, сиренево-синие колокольчики! Но мир ярок и красочен только днём, в сумерках все предметы становятся одинаково серыми, а ночью и вовсе невидимыми. Именно свет позволяет увидеть окружающий мир во всём его разноцветном великолепии.
Главный источник света на Земле — Солнце, громадный раскалённый шар, в глубинах которого непрерывно идут ядерные реакции. Часть энергии этих реакций Солнце посылает нам в виде света.
Что же такое свет? Учёные спорили об этом на протяжении столетий. Одни считали, что свет — поток частиц. Другие проводили опыты, из которых с очевидностью следовало: свет ведёт себя как волна. Правы оказались и те и другие. Свет — это электромагнитное излучение, которое можно представить как бегущую волну. Волна создаётся колебаниями электрического и магнитного полей. Чем выше частота колебаний, тем большую энергию несёт излучение. И в то же время излучение можно рассматривать как поток частиц — фотонов. Пока нам важнее, что свет — это волна, хотя в конце концов придётся вспомнить и о фотонах.
Человеческий глаз (к сожалению, а может быть, и к счастью) способен воспринимать электромагнитное излучение только в очень узком диапазоне длин волн, от 380 до 740 нанометров. Этот видимый свет излучает фотосфера — относительно тонкая (менее 300км толщиной) оболочка Солнца. Если разложить «белый» солнечный свет по длинам волн, получится видимый спектр — хорошо известная всем радуга, в которой волны разной длины воспринимаются нами как разные цвета: от красного (620—740 нм) до фиолетового (380—450 нм). Излучение с длиной волны больше 740 нм (инфракрасный) и меньше 380—400 нм (ультрафиолетовый) для человеческого глаза невидимо. В сетчатке глаза есть специальные клетки — рецепторы, отвечающие за восприятие цвета. Они имеют коническую форму, поэтому их называют колбочками. У человека три типа колбочек: одни лучше всего воспринимают свет в сине-фиолетовой области, другие — в жёлто-зелёной, третьи — в красной.
Что же определяет цвет окружающих нас вещей? Для того чтобы наш глаз увидел какой-либо предмет, нужно, чтобы свет сначала попал на этот предмет, а уже затем на сетчатку. Мы видим предметы, потому что они отражают свет, и этот отражённый свет, пройдя через зрачок и хрусталик, попадает на сетчатку. Свет, поглощённый предметом, глаз, естественно, увидеть не может. Сажа, например, поглощает почти всё излучение и кажется нам чёрной. Снег, напротив, равномерно отражает почти весь падающий на него свет и потому выглядит белым. А что будет, если солнечный свет упадёт на выкрашенную синей краской стену? От неё отразятся только синие лучи, а остальные будут поглощены. Поэтому мы и воспринимаем цвет стены как синий, ведь у поглощённых лучей просто нет шанса попасть на сетчатку глаза.
Разные предметы, в зависимости от того, из какого вещества они сделаны (или какой краской покрашены), поглощают свет по-разному. Когда мы говорим: «Мячик красный», то имеем в виду, что отражённый от его поверхности свет воздействует только на те рецепторы сетчатки глаза, которые чувствительны к красному цвету. А это значит, что краска на поверхности мячика поглощает все световые лучи, кроме красных. Предмет сам по себе не имеет никакого цвета, цвет возникает при отражении от него электромагнитных волн видимого диапазона. Если вас попросили отгадать, какого цвета бумажка лежит в запечатанном чёрном конверте, вы нисколько не погрешите против истины, если ответите: «Никакого!». И если красную поверхность осветить зелёным светом, то она покажется чёрной, потому что зелёный свет не содержит лучей, отвечающих красному цвету. Чаще всего вещество поглощает излучение в разных частях видимого спектра. Молекула хлорофилла, например, поглощает свет в красной и голубой области, а отражённые волны дают зелёный цвет. Благодаря этому мы можем любоваться зеленью лесов и трав.
Почему одни вещества поглощают зелёный свет, а другие — красный? Это определяется структурой молекул, из которых вещество состоит. Взаимодействие вещества со световым излучением происходит таким образом, что за один приём одна молекула «заглатывает» только одну порцию излучения, иначе говоря, один квант света или фотон (вот нам и пригодилось представление о свете как о потоке частиц!). Энергия фотона напрямую связана с частотой излучения (чем выше энергия — тем больше частота). Поглотив фотон, молекула переходит на более высокий энергетический уровень. Энергия молекулы повышается не плавно, а скачком. Поэтому молекула поглощает не любые электромагнитные волны, а только те, которые подходят ей по величине «порции».
Вот и получается, что ни один предмет не окрашен сам по себе. Цвет возникает из выборочного поглощения веществом видимого света. А поскольку способных к поглощению веществ — и природных, и созданных химиками — в нашем мире великое множество, мир под Солнцем расцвечен яркими красками.
Частота колебаний ν, длина волны света λ и скорость света c связаны между собой простой формулой:
Cкорость света в вакууме постоянна (300млнм/с).
Длину волны света принято измерять в нанометрах.
В одном миллиметре содержится миллион нанометров.
Частоту колебаний измеряют в герцах (Гц). 1 Гц — это одно колебание в секунду.