Grožis gali būti subjektyvus, tačiau spalvos – ne, teigiama naujame JAV „Los Alamos“ nacionalinės laboratorijos mokslininkų tyrime. Pasak autorių, esminiai spalvų suvokimo skirtumai kyla ne iš kultūros ar patirties, o yra susiję su pačia suvokimo „metrika“ – tuo, kaip mūsų regos sistema matuoja spalvų panašumą ir skirtumą.
Nors skirtingose kalbose spalvas įvardijame nevienodai, o visuomenę kartais įaudrina net ir ginčai dėl to, kokios spalvos yra vienas ar kitas objektas, tyrėjai siūlo paprastą išvadą: bazinis spalvų skirtumų jutimas nėra suformuojamas išorinių veiksnių, tokių kaip kultūra ar išmokta patirtis.
Šis darbas tiesiogiai siejasi su fiziku Erwinu Schrödingeriu, labiausiai žinomu dėl minties eksperimento apie „Schrödingerio katę“. Tačiau jis domėjosi ir biologiniais reiškiniais, tarp jų – spalvų suvokimu. XX a. pradžioje Schrödingeris pasitelkė tuo metu populiarėjusias geometrines idėjas ir bandė matematiškai apibrėžti pagrindines spalvos savybes: atspalvį, sodrumą ir šviesumą.
Naujajame tyrime mokslininkai sujungė įvairių spalvų suvokimo eksperimentų rezultatus į vientisą geometrinę sistemą ir nustatė, kad Schrödingerio apibrėžimuose liko neaiškumų. Jie teigia šias spragas išsprendę ir taip iš esmės užbaigę jo pradėtą darbą praėjus daugiau nei šimtui metų.
„Darome išvadą, kad šios spalvų savybės neatsiranda iš papildomų išorinių konstruktų, tokių kaip kultūrinė aplinka ar išmokta patirtis, o atspindi pačios spalvų metrikos vidines savybes“, – teigė pagrindinė autorė, duomenų mokslininkė Roxana Bujack.
„Ši metrika geometriškai užkoduoja suvokiamą spalvų atstumą – tai yra, kiek skirtingos dvi spalvos atrodo stebėtojui“, – pridūrė ji.
Žmonių rega yra trichromatinė: tinklainėje turime trijų tipų kūgelių ląsteles, reaguojančias į skirtingus šviesos bangos ilgius. Kiekvieno tipo receptoriai didžiausią jautrumą pasiekia skirtingoje spektro dalyje, o smegenys, apdorodamos šių receptorių signalų kombinacijas, sukuria mums įprastą spalvų pasaulį.
Tokiu būdu spalvas galime aprašyti tarsi erdvėje su trimis matmenimis. Šios suvokimo erdvės – tai mentalinės „koordinatės“, kuriose mūsų pojūčiai paverčiami aplinkos vaizdiniu.
Dar XIX a. matematikas Bernhardas Riemannas pasiūlė idėją, kad suvokimo erdvės gali būti „išlenktos“, o ne tiesios, kaip įprastoje euklidinėje geometrijoje. Skirtumas esminis: jei Euklido geometrijoje trumpiausias kelias tarp dviejų taškų yra tiesė, tai išlenktoje erdvėje trumpiausias kelias – geodezė – gali būti visai ne tiesus.
Fizikas Hermannas von Helmholtzas kėlė mintį, kad atskiras spalvos savybes būtų galima apibrėžti geometriškai, remiantis vien tik artimiausio panašumo principu Riemanno metrikoje. Būtent tokį požiūrį vėliau perėmė ir Schrödingeris.
1920-aisiais jis, remdamasis Riemanno modeliu, apibrėžė atspalvį, šviesumą ir sodrumą, susiedamas juos su spalvos padėtimi neutralios ašies atžvilgiu – pilkų tonų gradiento tarp juodos ir baltos. Šie apibrėžimai buvo plačiai priimti ir daugelį dešimtmečių laikyti patikimu pagrindu spalvų teorijai.
Vis dėlto, naujojo tyrimo autoriai, kurdami algoritmus mokslinėms vizualizacijoms, pastebėjo, kad Schrödingerio konstrukcijoje yra problemų. Jų teigimu, nors Schrödingerio geometrinė formuluotė „dvasia“ išliko iki šių dienų, ji kertasi su kai kuriais eksperimentuose stebimais reiškiniais.
Vienas esminių trūkumų – Schrödingeris formaliai neapibrėžė neutralios ašies, nors būtent į ją rėmėsi aiškindamas, kas yra atspalvis, sodrumas ir šviesumas. Mokslininkai nusprendė šį netikslumą ištaisyti ir pasiūlė neutralios ašies apibrėžimą, išvedamą tiesiogiai iš spalvų metrikos geometrijos. Tam, kaip pabrėžiama tyrime, teko išeiti už klasikinio Riemanno modelio ribų.
Komanda taip pat išsprendė ir kitus neatitikimus. Pavyzdžiui, Schrödingerio schema nepaaiškino Bezoldo–Brücke efekto – reiškinio, kai keičiantis šviesos intensyvumui žmogui subjektyviai pasikeičia ir atspalvis.
Šiai problemai spręsti tyrėjai vietoj tiesinės „stimulo kokybės“ tarp spalvos ir juodos apibrėžties pritaikė trumpiausią geodezinį kelią suvokimo spalvų erdvėje. Kitaip tariant, buvo pakeistas pats principas, kaip geometriškai matuojamas artumas tarp spalvų.
Be to, jie įvertino ir vadinamąjį mažėjančios grąžos efektą spalvų suvokime: žmonės didelius spalvų skirtumus dažnai suvokia ne kaip mažesnių skirtumų sumą, o kaip santykinai „suspaustą“ pokytį. Ankstesniame, 2022 m. publikuotame darbe dalis tų pačių autorių argumentavo, kad toks efektas apskritai negali egzistuoti grynoje Riemanno geometrijoje, todėl būtini pažangesni metodai spalvų skirtumams modeliuoti.
Naujajame tyrime pristatomas naujas pagrindas, leidžiantis modeliuoti spalvas ne Riemanno erdvėje. Autoriai teigia, kad jų sprendimai pirmą kartą užtikrina nuoseklų Helmholtzo vizijos įgyvendinimą – formalius geometrinius atspalvio, sodrumo ir šviesumo apibrėžimus, išvestus vien iš suvokiamo panašumo metrikos, nesiremiant išoriniais veiksniais.
Tyrimas publikuotas žurnale „Computer Graphics Forum“.
