Szilánkok a színekről - I. rész
2013. április
Bevezetésképpen megkerülhetetlen, hogy választ adjunk a banálisnak látszó kérdésre: mi is tulajdonképpen a szín? Induló sorozatunk első és néhány további része amolyan barátkozás a színfogalommal, miközben megpróbálunk néhány félreértést eloszlatni.
Amikor a színekről van szó, és néhány alapkérdésre szeretnénk választ kapni, a csapda éppenséggel az, hogy a színek életünk magától értetődő, állandóan jelen lévő „kellékei”, ezért a barátkozás nem ígérkezik különösebben izgalmasnak, sőt fölöslegesnek is tűnhet. A valóság azonban az, hogy a színek igazi természetének megismerése nagyon különös, szokatlan, és meglepetésekkel teli. Már az ókortól kezdve a legnagyobb filozófusokat, természettudósokat és művészeket foglalkoztatta az a kérdés, hogy mi is a szín.
Az már kezdettől fogva tudott volt, hogy színek nincsenek fény nélkül (kivéve a feketét, amely a fény hiánya, és csak praktikus okokból tekinthetjük „színnek”). A fény azonban egyszerűen „csak” fizikai jelenség (bár mint ilyen, a modern fizika szerint maga is eléggé különleges, de most elégedjünk meg azzal, hogy lényegében elektromágneses hullám), míg a szín ennél sokkal rejtélyesebb „valami”.
Előzmények - röviden
Nem véletlen, hogy a színek mibenlétének tisztázása nagyon hosszú ideig egyhelyben toporgott. Arisztotelészt követően kb. kétezer éven át, egészen Newtonig a színelméletek lényegében ugyanazon az elvi síkon mozogtak: a színek a fény és a sötétség, illetve a fény és a tárgyak kölcsönhatásából keletkeznek. Ezekben az elképzelésekben az ember látórendszere a legtöbbször legfeljebb mint passzív „vevőkészülék” szerepelt. A változást Newton indította el prizmakísérletével, amellyel megmutatta, hogy a természetes fehér fény színes fények sokaságából tevődik össze. Ám minden zsenialitása ellenére az ő színelmélete is hiányos és egyoldalú volt, és még másfél-két évszázadnak kellett eltelnie, amíg valamelyest sikerült megérteni a szín fogalmát. (A színlátásnak a mai napig nincs teljesen végleges és lezárt, minden jelenségre kiterjedő magyarázata.)
A színek körüli hosszan tartó bizonytalanságot sokan azzal indokolják, hogy a szín mibenléte megközelíthető a fizika felől (a kiváltó ok a fény), a fiziológia és a biokémia irányából (a szem specifikus válasza a fényingerre) és a pszichológia nézőpontjából is (percepció, a szín mint érzéklet vagy észlelet), vagyis komplex jelenségről van szó. Ebben sok igazság van, mert a tudományterületek elhatárolása gyakran önkényes, bár elkerülhetetlen kényszerűség, és az elmúlt századokban nehéz volt dűlőre jutni abban, hogy a szín hová is tartozik. Valójában mindegyik említett tudományágnak van alapvető mondanivalója a színekről.
Időközben tudósok és művészek generációi próbálkoztak több-kevesebb sikerrel a színek osztályozásával, besorolásával. Különféle színelméletek is születtek, a mából visszanézve azonban ezek (Newton előtt) legnagyobbrészt a spekuláció vagy a „mese” kategóriájába tartoztak. Mentségül szolgál a már említett komplexitás, és az a korlát, amelyet egy adott kor ismereteinek szintje emelt. A művészek napi gyakorlatukból ismerték a fényhatásokat, a festékek fajtáit és keverésének módszereit, miközben lankadatlanul kutatták a színek titkait, váltakozó sikerrel. A művészi tehetség és a mesterség ismerete persze a gyakorlati tapasztalat és némi intuíció alapján pótolni tudta az egzakt tudást. Másfelől – és most már nem a művészetről beszélünk, hanem minden területről, ahol színekkel dolgoztak – egyre sürgetőbben merült fel valamilyen valamilyen mennyiségi meghatározás, mérésre igénye egy-egy szín (valójában színinger) pontos reprodukálásához. De mérhetőek-e egyáltalán a színek? Ezt a kérdést megelőzi egy még fontosabb, amelyre még nem válaszoltunk: mi a szín?
Newton és Goethe
A tudományosan jelentősnek mondható első színelmélet tehát Isaac Newtontól (ki mástól?) származik, aki, mint már utaltunk rá, híres prizmakísérletében a természetes fehér fényt (napfényt) színes összetevőkre bontotta fel, és ezek összességét elnevezte spektrumnak. Mindebből azt a következtetést vonta le (helyesen), hogy a fehér elemi „tiszta” színekből álló összetett fény. A spektrum színeit optikai úton egyesítve valóban újra megkapta a fehéret. A színfogalmat illetően azonban 1672-es első beszámolójában téves következtetésre jutott, mivel a színeket az akkori tudományban széles körben elfogadott hipotetikus közeg, az „éter” rezgéseinek tartotta. Úgy gondolta, hogy a különböző „sűrűségű” éterrezgések a prizma üvegében eltérő módon terjednek (ma úgy mondanánk, hogy a különböző hullámhosszúságú fényösszetevőket a prizma más-más szögben töri), ezért válnak szét és válnak láthatóvá a spektrum színei – ez optikai szemszögből helyes magyarázat.
A fehér fény - esetünkben a hullámhossz függvényében a látható tartományban (kb. 400-700 nanonméter) nagyjából egyenletes és folytonos energiaeloszlású napfény - színképe (spektruma) sematikus ábrázolásban. A különböző hullámhosszúságú fényösszetevők színezése csupán szimbolikus, ráadásul a valódi spektrumszíneket monitorunk nem is tudja megjeleníteni (színtartománya kisebb, mint az ember vizuális rendszerének színtartománye, lásd később). Valójában nem a fény tulajdonsága a szín, a fény „csak” kiváltója a színérzetnek. Arra azonban alkalmas ez az ábrázolás, hogy egyrészt az érzet szerint egy csoportba sorolható „fő” színeket megkülönböztethessük és megnevezhessük, másrészt látható, hogy az elnevezett színek nem egyforma hullámhossz-tartományokhoz tartoznak. A folytonos színképet valójában az ún. tiszta (egy-egy hullámhossznak megfelelő vagy monokromatikus) színek végtelen sokasága alkotja. A színelnevezések tovább szaporíthatók (pl. narancsvörös, sárgászöld, zöldessárga, kékeszöld stb.), de egyrészt a határok önkényesek, másrészt ennek egy ponton túl nincs is értelme, mert két nagyon közeli monokromatikus szín között nem érzékeljük a különbséget. Az ábra azt is nagyjából jól érzékelteti, hogy a spektrum közepén, a sárgászöld tartományban a legérzékenyebb a látásunk: az 555 nanométeres fényt látjuk a legvilágosabbnak. Ennek kifejtését későbbre hagyjuk.
Newton szemlélete azonban szükségképpen egyoldalúan optikai, vizsgálatának valódi tárgya a fény volt, az emberi látórendszer vizsgálatának igénye fel sem merült. A tárgyak, anyagok színével kapcsolatban ugyan helytálló megállapításokat tett, a festékek keverésével azonban nem nagyon tudott mit kezdeni. Elméletének nagyon nagy hatása volt, de a fő kérdés továbbra is nyitott maradt. Ne legyünk azonban igazságtalanok Newtonnal: 1704-ben kiadott könyvében már leírta, hogy a szín nem magának a fénynek vagy a megvilágított tárgyaknak a jellemzője. Hát akkor micsoda?
A színfogalom körüli bizonytalanságra jellemző, hogy több mint száz évvel Newton híres prizmakísérlete után Goethe, a német költőóriás, akinek tudományos ambíciói is voltak, kérlelhetetlenül nekirontott az angol fizikus színelméletének. A legkritikusabb ütközési pont a fehér értelmezése volt. Goethe a fehéret a legegyszerűbb színnek tartotta, és képtelen volt elfogadni, hogy a fehér „összetett valami”, elemi tiszta színek összessége. Vaskos színtani munkáját, amelyen kb. húsz évig dolgozott, élete főművének tartotta (mint nem éppen szerényen írta: „Amit e században egyedülvalóan lényegesként produkáltam, az a szín igazi lényegének felismerése volt. Ezáltal emeltem magamnak emlékművet.”), ám ezt a vélekedését az utókor nem osztja. Költőnek nagyobb volt, mint tudósnak. Egy alapvetően helyes, bár szintén egyoldalú megközelítésből – a színeket mindenekelőtt az érzékelés (percepció) oldaláról vizsgálta, miközben rengeteget kísérletezett – sok téves következtetést vont le. Igaz, terjedelmes művében beszél a "fizikai színekről" és a "fiziológiai színekről" is, de egyrészt ezeken egészen mást értett, mint manapság gondolnánk, másrész alapvetően fenomenológiai (jelenség szintű, az okokat nem kutató) megközelítését nem tudták érdemben befolyásolni. Mindamellett számtalan értékes megfigyeléssel is gazdagította a színekre vonatkozó tudásunkat. Legnagyobb érdeme talán az volt, hogy munkássága után nem lehetett többé figyelmen kívül hagyni a percepció szerepét.
Meg kell azonban azt is jegyeznünk, hogy Newton, akinek színelmélete, mint már mondtuk, sok tekintetben szintén hézagos és egyoldalú, optikai központú volt – az ismeretek akkori szintjén nem is lehetett más – évtizedekkel az első színtani értekezése után, könyv alakjában megjelentetett munkájában maga is arra a következtetésre jut, hogy a „fénysugaraknak valójában nincs színük”. („For the Rays to speak properly are not coloured.” – írja 1704-ben megjelent Opticks c. munkájában). Ez a látszólag talányos kijelentés, amelyet néhány mondatban bővebben is megmagyaráz, teljesen világos utalás arra, hogy a szín végső soron az ember idegrendszerének „válasza” a fény hatására. A részletekről azonban nem tudott mit mondani, mivel egyrészt fizikus volt, másrészt a szükséges élettani, biokémiai és lélektani ismeretek még meg sem születtek abban a korban. Newton és Goethe mellett, előtt és után, mint már utaltunk rá, a legnagyobb elmék (köztük festők, nyomdászok, vegyészek, fizikusok, fiziológusok és neurológusok) igyekeztek feltárni a színek titkait, de igazából a XIX. század közepét követően kezdtek látszani a „megfejtés” körvonalai.
Előbb azonban még egy percre maradjunk Newtonnál, aki a fehér fény spektrumában (a hétfokú hangskála analógiájára) hét alapszínt vagy „egyszerű” színt (vörös, narancs, sárga, zöld, kék, indigó és ibolya) különböztetett meg, és ezeket kör alakban rendezte el: ez a Newton-féle színkör. A színfogalom megértéséhez nem visz közelebb, mégis a megismerés fontos állomása: a színek egyfajta geometriai interpretációja optikai szemszögből. A színkör első változatában a „nem spektrális” bíbor színek, a vörös és a kék keverékei még nem szerepeltek, az alábbi ábrán már ezek is fel vannak tüntetve. Talán az is érdekes, hogy amit Newton "kéknek" nevez, azt ma ciánnak vagy türkiznek hívjuk (kékeszöld), a Newton-féle "indigó" pedig részben a kéknek felel meg.
A színek rendszerezése és besorolása egyébként később is folyamatosan napirenden volt, egészen a XX. század elejéig, mígnem a pszichofizikai mennyiségi szemlélet eredményei lehetővé tették a színek számszerű meghatározását, azaz a színmérést. Mindazonáltal a színek meghatározása, „vizuális mérése” standard színminták alapján a mai napig használatban maradt bizonyos területeken (Munsell-féle színatlasz, Pantone-színskála stb.).
A színek felosztása Newton színköre szerint - lényegében a fenti spektrumcsík körgyűrű alakú „meghajlításával”, plusz a bíbor tartománnyal kiegészítve. Newton a ciánt még nem különböztette meg külön elnevezéssel, viszont a kék és az ibolya között külön színként nevezte meg az indigókéket. A színek nevei között a zenei hangok jelölését láthatjuk, ami azt jelzi, hogy Newton a hétfokú hangskálát tekintette mintának. Ez a színkör a maga idejében nagyon népszerű volt, és részben a gyakorlatban is sikeresen alkalmazták, később viszont - a tekintélytisztelet miatt - egy ideig fékezte a fejlődést, különösen a "többdimenziós" színértelmezés és a kivonó színkeverés (festékek keverése) területén. Ezen az ábrán a spektrumszíneken kívül már szerepel a Newton korábbi magyarázatában még nem feltüntetett bíbor színek tartománya (a kék és a vörös fény keverékszínei), bár külön elnevezést nem kaptak. Ezeknek a színeknek nem lehet megfeleltetni hullámhossz értékeket, hiszen a látható spektrumban (lásd az előző ábrát) nem találhatók meg. Ez már valamiképp jelzi, hogy a színek megértése a fizika „hatáskörén” túl van. (Megjegyzések: A spektrumszínek az itt szereplő telített bíborszínekkel együtt is csak elenyésző részét képezik a színeknek. Az ábra az előző ábrához hasonlóan egyébként sem a valódi spektrumszíneket, illetve telített bíbor színeket mutatja, hiszen a monitorunk ezeket nem képes megjeleníteni.)
A színek rendszerezése és besorolása később is folyamatosan napirenden volt, egészen a XX. század elejéig, mígnem a pszichofizikai mennyiségi szemlélet eredményei lehetővé tették a színek számszerű meghatározását, azaz a színmérést. Mindazonáltal a színek meghatározása vizuális összehasonlítással a standard színminták alapján a mai napig használatban maradt bizonyos területeken (Munsell-féle színatlasz, Pantone-színskála stb.).
Alapkérdés: mi a szín?
Induljunk ki abból, hogy a „fénysugaraknak valójában nincs színük”, vagyis a szín nem fizikai jelenség, noha kétségtelenül fizikai inger, a fényinger hozza létre, és abban, hogy ténylegesen milyen színt látunk, meghatározó (de nem kizárólagos) szerepe van a fényinger fizikai jellemzőinek. Ezért szoktak beszélni „a szín fizikájáról”, pedig a fizika valódi vizsgálati tárgya a fény, nem pedig a szín.
A fényinger szemünk érzékelő idegsejtjeiben (receptorok) biokémiai változásokat indít el, amelyek a látóideg közvetítésével agyunk meghatározott részeibe jutnak. A fény és a színek viszonya aszimmetrikus: fény nélkül nincs szín (kivételes esetektől eltekintve, mint például amikor álmodunk, vagy a látóideget, illetve az idegrendszer bizonyos részeit mechanikusan vagy elektromosan ingereljük), szín nélkül viszont a fény létezik, mint önálló jelenség.
A szemünkben a receptorok egyik fajtája csak a fényinger erősségére, méghozzá igen kis erősségére érzékeny (pálcikák), három másik fajtája pedig a fényinger hullámhosszára, illetve összetett fény esetén a hullámhossz szerinti energiaeloszlására, egyúttal a fényinger erősségére is érzékeny (csapok). Végső soron a három fajta független csapból továbbított ingerület együttesen hozza létre az agyban a konkrét színérzetet. Ez a lényege a ma elfogadott Young-Helmholtz féle trikromatikus elméletnek, amely a további kutatások alapja lett kb. a XIX. század közepétől kezdve. Ezt az elméletet finomítja, illetve kiegészíti az Ewald Hering-féle ún. opponens színelmélet, amelyet most nem ismertetünk. Ez utóbbiból viszont az következik, hogy a retinának egyfajta "előfeldolgozást" kell végezni, vagyis a háromféle receptorból az ingerületek nem külön-külön továbbítódnak a magasabb idegrendszeri szintek felé.
Mindebből következik, hogy a szín érzet (más szóhasználattal észlelet), amely a fény, a tárgyak/anyagok fényelnyelési jellemzői és a vizuális érzékelés kölcsönhatásaként keletkezik. A Napnak, a kék égnek, a villanykörte fényének, a zöld falevélnek, a barna cipőnek vagy a „színezett” üvegnek önmagukban nincs színük, hanem az általuk kibocsátott, illetve szórt, visszavert vagy áteresztett fény a szemünkben lévő csapok meghatározott arányú ingerlésével kelti idegrendszerünkben a szín érzetét. Ezt befolyásolja még a környezet (megvilágítás, háttér stb.), amelyben egy konkrét fényforrást vagy tárgyat szemlélünk, és persze befolyásolja az idegrendszer aktuális állapota.
Nyelvi horgonyok
A környező világ megismerése során olyannyira gyökeret eresztett az a téves elképzelés, hogy a szín a tárgyak, anyagok, illetve a fény fizikai tulajdonsága, hogy ettől nyelvileg nem tudunk elszakadni, ezért nem azt mondjuk, hogy „a fehér fénnyel megvilágított fű anyaga által visszavert fény a szemünkbe jutva, a retinát ingerelve agyunkban a zöld szín érzetét hozza létre”, hanem egyszerűen kijelentjük, hogy „a fű zöld”. Azonban azt is tudjuk (egyszerű kísérlettel is igazolható), hogy pl. keskeny spektrumú kék vagy vörös fénnyel megvilágítva a füvet, a teljes megvilágító fény elnyelődik, a szemünket nem éri visszavert fényinger, a füvet feketének fogjuk látni. Mi azonban a füvet zöldnek ismerjük (többnyire nappali fényben látjuk), így makacsul ragaszkodunk „a fű zöld” állításhoz. Igaz, a fű egzakt fizikai tulajdonsága, hogy a ráeső fényből milyen hullámhosszúságú összetevőket nyel el, és milyeneket nem, ám a megvilágító fény ismerete nélkül nem jelenthetjük ki, hogy „a fű zöld”. Egy másik példa: egy "kék fényt" sugárzó "kék" lézer fényforrásról sem mondhatnánk, hogy a "színe kék", hiszen az adott hullámhosszúságú lézerfény mint inger által - bennünk, emberekben - kiváltott kék színérzetről van szó.
De kifogásolhatnánk pl. a nagyon elterjedt „színinger” (color stimulus) kifejezést, amelynek valódi jelentése a „színérzetet létrehozó fényinger”, de egyfajta rövidítésként elfogadhatjuk, ha tisztában vagyunk a jelentésével.
Tovább menve, önmagában a „színérzet” elnevezés sem feltétlenül indokolt (hiszen a szín = érzet), hacsak nem a többi érzettől való megkülönböztetés miatt.
Mivel célunk nem a nyelvészeti elmélkedés, a már bevett kifejezéseket mi is elfogadjuk, sőt használni fogjuk (pl. a tárgyak színe, a fény színe kifejezéseket), de nem árt tudni, hogy mi van a szavak mögött.
Összefoglalva, a szín pszichológiai fogalom, az érzékelés (percepció) eredménye: a színek a központi idegrendszerben „keletkeznek”, az ehhez szükséges ingerületet a szemünk receptoraiból a látóideg gyűjti össze és küldi az agynak. A ma már elfogadottnak mondható finomított elképzelések szerint a retina – mint agyunk „kitüremkedő” része – már egyfajta előfeldolgozást is végez, és az agy vizuális hatásokat kiértékelő részébe már a sajátos módon szintetizált információ jut.
Szubjektivitás és objektivitás
A színérzet eredendően szubjektív, amiből következik, hogy két ember színérzékelését igazából nem tudjuk közvetlenül összehasonlítani. (Az, hogy két ember ugyanarra a tárgyra azt mondja, hogy „piros”, nem jelenti azt, hogy ugyanazt érzik). Azt viszont különféle vizsgálatokkal a gyakorlat számára elegendő pontossággal meg lehet állapítani, hogy ugyanaz az ember két összehasonlítandó színt mikor lát egyformának. Az 1920-as évek végén a vizuális színösszehasonlító (color matching) kísérletek alapozták meg a tudományos színmérést (pontosabban színingermérést), bár valójában az úttörő kísérleteket az előző században Maxwell elvégezte. Az is sikeresen vizsgálható, hogy a csak kissé különböző színeket mekkora eltérés mellett észleli különbözőeknek az ember vizuális rendszere. Emellett a sérült látású színtévesztők beható vizsgálata is nagyon fontos segítséget jelentett az emberi színlátás megismerésében. Nagyobb számú egészséges ember színlátásának vizsgálatával pedig többé-kevésbé mégiscsak fel lehet mérni, hogy milyen mértékű egyéni eltérések vannak.
Bár a színlátás szubjektív, a fentiekhez hasonló vizsgálatokból arra következtethetünk, hogy az egészséges felnőtt emberek színlátása nem mutat szignifikáns eltéréseket (bár valószínűleg ritkán akad két, tökéletesen egyforma látású ember). A magyarázatot most kissé leegyszerűsítve, ennek köszönhető, hogy a színérzet mérését – ami közvetlenül nem lehetséges – a színinger (= a színt létrehozó fényinger) mérésével helyettesíthetjük. Nem teszünk tehát mást, mint a számszerűen nem kifejezhető szubjektív érzetjellemzőknek objektív, helyesebben szemi-objektív, ún. pszichofizikai jellemzőket feleltetünk meg, amelyek már mérhetőek.
Hogy melyek az érzetjellemzők és a nekik megfeleltetett pszichofizikai jellemzők, az a további részek témája lesz. Ezzel egyidejűleg feltesszük azt a lényegbevágó kérdést is (amelyet mindeddig lényegében figyelmen kívül hagytunk), hogy hány „dimenziója”, azaz hány független érzetjellemzője, illetve pszichofizikai jellemzője van a színnek?
Folytatása következik
Nagy Árpád
