nauki ścisłe
Autor: Jerzy Karpiuk | dodano: 2012-07-09
Dekonstrukcja bieli

Już małe dzieci wiedzą, że zieloną farbę dostaje się, mieszając żółtą z niebieską. Ale mieszając światło żółte z niebieskim, uzyskuje się róż. To proste, ale dlaczego tak jest...

Świat mieni się od barw. Przyroda, zarówno ożywiona, jak i nieożywiona, nie tylko sama jest źródłem niewyczerpalnej mnogości odcieni, ale poprzez kontrasty, cienie, załamania, rozproszenia i refleksy stwarza światłu możliwość odgrywania niezliczonych efektów, tworzących nieraz fascynujące spektakle, takie jak tęcza czy polarna zorza.

Mimo że odpowiednie ubarwienie czy możliwość przystosowywania barwy do otoczenia nie jest warunkiem naszego przeżycia, potrzeba wrażeń barwnych i widzenia świata w kolorach należy do najbardziej podstawowych instynktów człowieka, który od zamierzchłych czasów z pasją ubarwia siebie, swoje otoczenie oraz bliższy i dalszy świat.

Rysunki naskalne w jaskiniach Altamiry i Lascaux dokumentują nie tylko potrzeby artystyczne naszych przodków sprzed 15 tys. lat, lecz także umiejętność pozyskiwania i wykorzystania (jakże trwałych) pigmentów barwnych. Wiemy, że barwienie tkanin było umiejętnością opanowaną i praktykowaną w Europie już w epoce brązu, niewykluczone więc, że znacznie pod tym względem wyprzedziliśmy Azję, bo pierwsze zachowane do naszych czasów zapisy informujące o stosowaniu barwników do tkanin w Chinach wskazują na 2600 rok p.n.e. Przez stulecia wyszukane barwy tekstyliów służyły podkreśleniu pozycji społecznej, a umiejętność ich tworzenia zapewniała pomyślność i wysoką rangę barwierstwu - jednej z podstawowych dziedzin rzemiosła, a później przemysłu.

Burzliwy rozwój chemii organicznej w drugiej połowie XIX wieku był możliwy nie tylko dzięki odkryciom i postępowi w dziedzinie barwników syntetycznych, ale przede wszystkim - dzięki ogromnemu na nie zapotrzebowaniu. Wiele z nich, podobnie jak pierwszy syntetyczny barwnik - moweina - dało światu także nowe, nieznane wcześniej barwy. Ciekawe, że temu człowieczemu pożądaniu kolorów i - trzeba przyznać - dobrze rozwiniętej umiejętności jego zaspokajania, aż do czasów nowożytnych nie towarzyszyło zrozumienie podstawowych aspektów pojęcia barwy, w tym zwłaszcza rozróżnienie między barwą światła a barwą oświetlanych przedmiotów. U podstaw tego rozróżnienia leży koncepcja mieszania barw - ich syntezy i redukcji.

Analiza
Przekonanie, że kolory, podobnie jak związki chemiczne, składają się z pewnych podstawowych elementów, sięga antyku. Starożytni Grecy uważali, że kolor jest wewnętrzną cechą ciał, wymagającą światła jedynie do aktywacji, podobnie jak prąd elektryczny aktywuje świecenie żarówki. Ten datujący się od Arystotelesa i utrzymujący przez Średniowiecze i Renesans pogląd na barwę łączył się także z rozróżnieniem kolorów pozornych i rzeczywistych. Za pozorne uznawano te, których istnienie zależało od pozycji obserwatora, natomiast barwy rzeczywiste były przynależne rzeczom. W takim ujęciu tęcza stanowiła klasyczny przykładem barwy pozornej (!), ponieważ każdy jej kolor dochodzi do naszego oka z nieco innej części łuku. Zależność barw od pozycji obserwatora nie jest szczególnie ewidentna, kiedy patrzymy na rozpostartą nad horyzontem tęczę w deszczu, ale staje się oczywista, kiedy w słoneczny dzień oglądamy dużo bardziej ulotny (ale i znacznie bliższy) łuk tęczy tworzącej się w strudze kropli fontanny.

Odcinając się od tej średniowiecznej tradycji optyki, włoski lekarz Guido Antonio Scarmiglioni dał początek współczesnemu wyróżnieniu trzech barw podstawowych, postulując na początku XVII wieku, że jest pięć barw, z których można zestawić wszystkie inne: biała, żółta, niebieska, czerwona i czarna. Pogląd ten upowszechnił w 1664 roku Rober Boyle, angielski uczony powszechnie uznawany za twórcę nowoczesnego pojęcia pierwiastka chemicznego, stwierdzając, że z tych pięciu „zdolny malarz może stworzyć kolor taki, jaki mu się tylko spodoba, a też i o wiele więcej, aniżeli te, dla których dotąd mamy nazwy". Przełom nastąpił dekadę później, kiedy Isaac Newton przywrócił barwom tęczy realny byt i stworzył podstawy nowoczesnego myślenia o świetle i barwie.

Dążąc do poznania natury światła, Newton odkrył, że odpowiadające różnym barwom promienie uzyskane po przejściu światła słonecznego przez pryzmat nie są następnie rozszczepiane (przez kolejny pryzmat) i nazwał te nieredukowalne, monochromatyczne barwy czystymi albo prostymi. Takie same barwy obserwujemy właśnie w tęczy. W uzyskanym widmie, całkowicie arbitralnie, ale w zgodzie z duchem epoki, Newton wyróżnił siedem barw, w nawiązaniu do harmonii proporcji siedmiu tonów muzycznej oktawy.

Zastrzegając, że same promienie nie są barwne, Newton, podobnie jak nieco wcześniej twórca podstaw teorii tęczy, francuski filozof i matematyk René Descartes, zrównywał barwę ze światłem, a nie z oświetlanym obiektem. Ten pogląd uzasadniały doświadczenia z rozszczepianiem światła, wskazujące, że pozornie bezbarwne światło zawiera w sobie całą gamę barw.

„Atomizacja" barw w tęczy Newtona odbiła się szerokim echem wśród zawiedzionych takim ujęciem artystów i myślicieli doby romantyzmu. W odruchu kontestacji „szkiełka i oka", angielski poeta John Keats zarzucił Newtonowi, że rozplatając tęczę, odbiera światu poetykę i przyrodzoną tajemniczość. Nie przeczuwając, że kilkadziesiąt lat później to rozplecenie doprowadzi do powstania spektroskopii, która okaże się kluczem do znacznej części naszej współczesnej wiedzy o Wszechświecie, niemiecki poeta i myśliciel, Johann Wolfgang Goethe, przypuścił gwałtowny atak na optykę Newtona, formułując własną teorię barw, swoiste opus magnum, które pod koniec życia uznał za dzieło istotniejsze niż jego spuścizna poetycka.

Nie mogąc sobie wyobrazić, że biel jest efektem połączenia wszystkich barw obecnych w widmie (barw tęczy!), Goethe uważał (w duchu epistemologii Kanta), że światło jest niepodzielną jednością, a barwy, ogólnie ujmując, wynikiem oddziaływania światła z ciemnością. Mimo że w warstwie fizykalnej teorię Goethego szybko odrzucono (nie potrafiła np. wyjaśnić zjawiska tęczy), to jednak odcisnęła ona silne piętno na malarzach, zarówno współczesnych niemieckiemu poecie, jak i późniejszych. Goethe miał natomiast niewątpliwie rację, zwracając uwagę na trzeci fundamentalny aspekt pojęcia barwy - kolor to nie tylko światło i oświetlany obiekt, ale także efekt naszego postrzegania. Ta część jego „Farbenlehre" weszła na trwałe do nauki i teorii sztuki, dając początek i podstawy psychologii barw.

Synteza
Jądra różnicy w sporze o barwę między Newtonem a Goethem i jego zwolennikami należy, przynajmniej po części, upatrywać w odmiennym, a właściwie rozbieżnym ujęciu zagadnienia mieszania barw. Rzeczywiście, mieszanie różnych barw światła daje inny efekt niż mieszanie farb (lub pigmentów) o tych samych kolorach: po zmieszaniu farby żółtej z niebieską dostajemy farbę zieloną, natomiast zmieszanie niebieskiego i żółtego światła daje światło różowe. Mieszanina farby czerwonej, żółtej i niebieskiej ma kolor czarny (w przybliżeniu), podczas gdy od czasów Newtona wiadomo, że gama barw tęczy łączy się w biel.

Zagadnienie mieszania barw rozwikłał w 1855 roku 24-letni wówczas James Clerk Maxwell, wykazując, że trzy barwy światła: czerwona, zielona i niebieska (oznaczone angielskim skrótem RGB: Red - czerwony, Green - zielony, Blue - niebieski), wystarczą do wytworzenia światła o niemal dowolnej barwie. Dziesięć lat przed odkryciem, że światło jest falą elektromagnetyczną, Maxwell wyjaśnił, że mieszanie barw światła nie jest tym samym, co mieszanie pigmentów czy farb. Mieszając promieniowanie świetlne o różnych długościach fali, dodajemy do siebie składniki barwy, które razem wytwarzają na siatkówce wrażenie barwy odpowiadającej syntezie barw składowych. Zawsze, kiedy dodajemy promieniowanie do mieszaniny światła, zwiększamy liczbę fotonów w wiązce, która staje się jaśniejsza. Stąd też taką syntezę barwy nazywamy a d d y t y w n y m mieszaniem barw. (...)

Skubanie tęczy
Barwa pigmentu lub farby jest barwą światła odbitego od powierzchni - przedmiot barwny ujmuje z widma światła białego promieniowanie, które absorbuje, pozostawiając oku odbite promieniowanie niepochłonięte. Pigmenty nie są źródłem światła, ale działają na promieniowanie, które je oświetla. Jak pisze Philip Ball w pięknie opowiedzianej historii artystycznych zastosowań pigmentów i barwników,  czerwony pigment „wyskubuje" z oświetlającej go bieli promienie niebieskie i zielone oraz sporą część żółtych, odbijając tylko czerwone. Pigment żółty wyciąga czerwone, niebieskie i sporo zielonych. Tak więc, mieszanina pigmentu czerwonego z żółtym odbija promieniowanie tylko z tego wąskiego zakresu, gdzie oba absorbują słabo - w pomarańczowej części widma, i taką też ma barwę. Ze względu na zubażanie światła o nowe pochłaniane obszary widma tworzenie barwy poprzez mieszanie pigmentów nazywamy mieszaniem s u b t r a k t y w n y m lub subtraktywną syntezą barwy.

Każde dodanie nowego pigmentu do mieszaniny przekłada się na uszczuplenie widma odbijanego światła o kolejne częstości promieniowania, a jej kolor blednie i ciemnieje, ponieważ do oka dociera mniej fotonów niepochłoniętych przez zabarwioną powierzchnię.

Więcej w miesięczniku „Wiedza i Życie" nr 07/2011 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
12/2018
11/2018
Kalendarium
Grudzień
10

W 1901 r. po raz pierwszy przyznano Nagrody Nobla.
Warto przeczytać
Morze jest niewyczerpanym źródłem opowieści! Jedna bardziej fascynująca od drugiej!1 337 323 000 KILOMETRÓW SZEŚCIENNYCH- tyle wody zawierają oceany. Gigantyczne akweny, które fascynują nie tylko artystów i poetów, ale przede wszystkim oceanografów i biologów. Robert Hofrichter jest jednym z nich.

WSPÓŁPRACUJEMY
Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Jerzy Karpiuk | dodano: 2012-07-09
Dekonstrukcja bieli

Już małe dzieci wiedzą, że zieloną farbę dostaje się, mieszając żółtą z niebieską. Ale mieszając światło żółte z niebieskim, uzyskuje się róż. To proste, ale dlaczego tak jest...

Świat mieni się od barw. Przyroda, zarówno ożywiona, jak i nieożywiona, nie tylko sama jest źródłem niewyczerpalnej mnogości odcieni, ale poprzez kontrasty, cienie, załamania, rozproszenia i refleksy stwarza światłu możliwość odgrywania niezliczonych efektów, tworzących nieraz fascynujące spektakle, takie jak tęcza czy polarna zorza.

Mimo że odpowiednie ubarwienie czy możliwość przystosowywania barwy do otoczenia nie jest warunkiem naszego przeżycia, potrzeba wrażeń barwnych i widzenia świata w kolorach należy do najbardziej podstawowych instynktów człowieka, który od zamierzchłych czasów z pasją ubarwia siebie, swoje otoczenie oraz bliższy i dalszy świat.

Rysunki naskalne w jaskiniach Altamiry i Lascaux dokumentują nie tylko potrzeby artystyczne naszych przodków sprzed 15 tys. lat, lecz także umiejętność pozyskiwania i wykorzystania (jakże trwałych) pigmentów barwnych. Wiemy, że barwienie tkanin było umiejętnością opanowaną i praktykowaną w Europie już w epoce brązu, niewykluczone więc, że znacznie pod tym względem wyprzedziliśmy Azję, bo pierwsze zachowane do naszych czasów zapisy informujące o stosowaniu barwników do tkanin w Chinach wskazują na 2600 rok p.n.e. Przez stulecia wyszukane barwy tekstyliów służyły podkreśleniu pozycji społecznej, a umiejętność ich tworzenia zapewniała pomyślność i wysoką rangę barwierstwu - jednej z podstawowych dziedzin rzemiosła, a później przemysłu.

Burzliwy rozwój chemii organicznej w drugiej połowie XIX wieku był możliwy nie tylko dzięki odkryciom i postępowi w dziedzinie barwników syntetycznych, ale przede wszystkim - dzięki ogromnemu na nie zapotrzebowaniu. Wiele z nich, podobnie jak pierwszy syntetyczny barwnik - moweina - dało światu także nowe, nieznane wcześniej barwy. Ciekawe, że temu człowieczemu pożądaniu kolorów i - trzeba przyznać - dobrze rozwiniętej umiejętności jego zaspokajania, aż do czasów nowożytnych nie towarzyszyło zrozumienie podstawowych aspektów pojęcia barwy, w tym zwłaszcza rozróżnienie między barwą światła a barwą oświetlanych przedmiotów. U podstaw tego rozróżnienia leży koncepcja mieszania barw - ich syntezy i redukcji.

Analiza
Przekonanie, że kolory, podobnie jak związki chemiczne, składają się z pewnych podstawowych elementów, sięga antyku. Starożytni Grecy uważali, że kolor jest wewnętrzną cechą ciał, wymagającą światła jedynie do aktywacji, podobnie jak prąd elektryczny aktywuje świecenie żarówki. Ten datujący się od Arystotelesa i utrzymujący przez Średniowiecze i Renesans pogląd na barwę łączył się także z rozróżnieniem kolorów pozornych i rzeczywistych. Za pozorne uznawano te, których istnienie zależało od pozycji obserwatora, natomiast barwy rzeczywiste były przynależne rzeczom. W takim ujęciu tęcza stanowiła klasyczny przykładem barwy pozornej (!), ponieważ każdy jej kolor dochodzi do naszego oka z nieco innej części łuku. Zależność barw od pozycji obserwatora nie jest szczególnie ewidentna, kiedy patrzymy na rozpostartą nad horyzontem tęczę w deszczu, ale staje się oczywista, kiedy w słoneczny dzień oglądamy dużo bardziej ulotny (ale i znacznie bliższy) łuk tęczy tworzącej się w strudze kropli fontanny.

Odcinając się od tej średniowiecznej tradycji optyki, włoski lekarz Guido Antonio Scarmiglioni dał początek współczesnemu wyróżnieniu trzech barw podstawowych, postulując na początku XVII wieku, że jest pięć barw, z których można zestawić wszystkie inne: biała, żółta, niebieska, czerwona i czarna. Pogląd ten upowszechnił w 1664 roku Rober Boyle, angielski uczony powszechnie uznawany za twórcę nowoczesnego pojęcia pierwiastka chemicznego, stwierdzając, że z tych pięciu „zdolny malarz może stworzyć kolor taki, jaki mu się tylko spodoba, a też i o wiele więcej, aniżeli te, dla których dotąd mamy nazwy". Przełom nastąpił dekadę później, kiedy Isaac Newton przywrócił barwom tęczy realny byt i stworzył podstawy nowoczesnego myślenia o świetle i barwie.

Dążąc do poznania natury światła, Newton odkrył, że odpowiadające różnym barwom promienie uzyskane po przejściu światła słonecznego przez pryzmat nie są następnie rozszczepiane (przez kolejny pryzmat) i nazwał te nieredukowalne, monochromatyczne barwy czystymi albo prostymi. Takie same barwy obserwujemy właśnie w tęczy. W uzyskanym widmie, całkowicie arbitralnie, ale w zgodzie z duchem epoki, Newton wyróżnił siedem barw, w nawiązaniu do harmonii proporcji siedmiu tonów muzycznej oktawy.

Zastrzegając, że same promienie nie są barwne, Newton, podobnie jak nieco wcześniej twórca podstaw teorii tęczy, francuski filozof i matematyk René Descartes, zrównywał barwę ze światłem, a nie z oświetlanym obiektem. Ten pogląd uzasadniały doświadczenia z rozszczepianiem światła, wskazujące, że pozornie bezbarwne światło zawiera w sobie całą gamę barw.

„Atomizacja" barw w tęczy Newtona odbiła się szerokim echem wśród zawiedzionych takim ujęciem artystów i myślicieli doby romantyzmu. W odruchu kontestacji „szkiełka i oka", angielski poeta John Keats zarzucił Newtonowi, że rozplatając tęczę, odbiera światu poetykę i przyrodzoną tajemniczość. Nie przeczuwając, że kilkadziesiąt lat później to rozplecenie doprowadzi do powstania spektroskopii, która okaże się kluczem do znacznej części naszej współczesnej wiedzy o Wszechświecie, niemiecki poeta i myśliciel, Johann Wolfgang Goethe, przypuścił gwałtowny atak na optykę Newtona, formułując własną teorię barw, swoiste opus magnum, które pod koniec życia uznał za dzieło istotniejsze niż jego spuścizna poetycka.

Nie mogąc sobie wyobrazić, że biel jest efektem połączenia wszystkich barw obecnych w widmie (barw tęczy!), Goethe uważał (w duchu epistemologii Kanta), że światło jest niepodzielną jednością, a barwy, ogólnie ujmując, wynikiem oddziaływania światła z ciemnością. Mimo że w warstwie fizykalnej teorię Goethego szybko odrzucono (nie potrafiła np. wyjaśnić zjawiska tęczy), to jednak odcisnęła ona silne piętno na malarzach, zarówno współczesnych niemieckiemu poecie, jak i późniejszych. Goethe miał natomiast niewątpliwie rację, zwracając uwagę na trzeci fundamentalny aspekt pojęcia barwy - kolor to nie tylko światło i oświetlany obiekt, ale także efekt naszego postrzegania. Ta część jego „Farbenlehre" weszła na trwałe do nauki i teorii sztuki, dając początek i podstawy psychologii barw.

Synteza
Jądra różnicy w sporze o barwę między Newtonem a Goethem i jego zwolennikami należy, przynajmniej po części, upatrywać w odmiennym, a właściwie rozbieżnym ujęciu zagadnienia mieszania barw. Rzeczywiście, mieszanie różnych barw światła daje inny efekt niż mieszanie farb (lub pigmentów) o tych samych kolorach: po zmieszaniu farby żółtej z niebieską dostajemy farbę zieloną, natomiast zmieszanie niebieskiego i żółtego światła daje światło różowe. Mieszanina farby czerwonej, żółtej i niebieskiej ma kolor czarny (w przybliżeniu), podczas gdy od czasów Newtona wiadomo, że gama barw tęczy łączy się w biel.

Zagadnienie mieszania barw rozwikłał w 1855 roku 24-letni wówczas James Clerk Maxwell, wykazując, że trzy barwy światła: czerwona, zielona i niebieska (oznaczone angielskim skrótem RGB: Red - czerwony, Green - zielony, Blue - niebieski), wystarczą do wytworzenia światła o niemal dowolnej barwie. Dziesięć lat przed odkryciem, że światło jest falą elektromagnetyczną, Maxwell wyjaśnił, że mieszanie barw światła nie jest tym samym, co mieszanie pigmentów czy farb. Mieszając promieniowanie świetlne o różnych długościach fali, dodajemy do siebie składniki barwy, które razem wytwarzają na siatkówce wrażenie barwy odpowiadającej syntezie barw składowych. Zawsze, kiedy dodajemy promieniowanie do mieszaniny światła, zwiększamy liczbę fotonów w wiązce, która staje się jaśniejsza. Stąd też taką syntezę barwy nazywamy a d d y t y w n y m mieszaniem barw. (...)

Skubanie tęczy
Barwa pigmentu lub farby jest barwą światła odbitego od powierzchni - przedmiot barwny ujmuje z widma światła białego promieniowanie, które absorbuje, pozostawiając oku odbite promieniowanie niepochłonięte. Pigmenty nie są źródłem światła, ale działają na promieniowanie, które je oświetla. Jak pisze Philip Ball w pięknie opowiedzianej historii artystycznych zastosowań pigmentów i barwników,  czerwony pigment „wyskubuje" z oświetlającej go bieli promienie niebieskie i zielone oraz sporą część żółtych, odbijając tylko czerwone. Pigment żółty wyciąga czerwone, niebieskie i sporo zielonych. Tak więc, mieszanina pigmentu czerwonego z żółtym odbija promieniowanie tylko z tego wąskiego zakresu, gdzie oba absorbują słabo - w pomarańczowej części widma, i taką też ma barwę. Ze względu na zubażanie światła o nowe pochłaniane obszary widma tworzenie barwy poprzez mieszanie pigmentów nazywamy mieszaniem s u b t r a k t y w n y m lub subtraktywną syntezą barwy.

Każde dodanie nowego pigmentu do mieszaniny przekłada się na uszczuplenie widma odbijanego światła o kolejne częstości promieniowania, a jej kolor blednie i ciemnieje, ponieważ do oka dociera mniej fotonów niepochłoniętych przez zabarwioną powierzchnię.