1.      Въведение:

 Светлината още от древността е възприемана като символ на доброто и живота, докато тъмнината (или липсата на светлина) символизира злото и невежеството. Още с откриването на огъня светлината става жизненоважна, неизменна част от живота на първобитния човек. В християнската религия Бог е описан като „светлина на светлините“. В много религии тя присъства като форма на свръхестественото или извънземното. Светлината от слънцето е основен източник на енергия за екосистемите, най-вече чрез процеса на фотосинтеза. При по-голямата част от растителните и животинските видове естествената светлина играе много важна роля и е от фундаментално значение за биологичния цикъл. При човека, лишаването от светлина за продължително време може да доведе до депресия, докато излагането на светлина може да помогне за подобряване на здравето и настроението. Ултравиолетовото излъчване като част от светлинния спектър е необходимо за синтеза на витамин D, важен за имунната система и регулирането нивата на калций и фосфор в кръвта.

Еволюцията и развитието на човечеството могат да бъдат описани от гледна точка на просветлението и знанието, от гледна точка на виждането и навлизането на светлина, водещи до откровение. Посредством светлината, човешкото виждане се разширява и божествената цел навлиза в сферата на човешкото мислене и планиране. Без енергията на светлината малък прогрес би бил осъществен, но въпреки това ние приемаме чудото и мистерията на светлината за дадени.

Това вливане на светлина ни е донесло известна степен на познание и разбиране на нас самите и на света около нас, които буквално биха били съвсем немислими няколко поколения по-рано. Мистиците и философите винаги са утвърждавали, че светлината е символ на Бога в проявление. Психолозите ни учат как да осветим тъмните кътчета на ума, като ни правят способни да разтворим умовете си за всеобхватната светлина, съсредоточена в Душата. Във всички сфери на човешкия живот се забелязва неимоверно разгръщане на мисленето. Хвърля се нова светлина върху ситуацията на човечеството - светлина, която разкрива един взаимнозависим свят. Все повече хората започват да гледат на света като на едно цяло. Това им дава досег с едно по-дълбоко ниво на разбиране на реалността.

 2.      Какво казва науката по въпроса за светлината – научни теории и данни.

 Съвременната наука поддържа възгледа, че самата субстанция на космоса, от която е била изградена видимата вселена, е форма на светлинна енергия,  т.е. субстанцията, от която са съставени познатите ни основни градивни частици на материята - атоми и молекули, може да се определи и като форма на светлинна енергия.

В началото на 20 век e открито, че материята е едва около 4% от познатата ни вселена, останалото е 23% тъмна материя (означаващо материя, която е недостъпна за наблюдение със съвременните методи - нито излъчва, нито отразява достатъчно електромагнитни вълни) и 73% тъмна енергия (т.е. енергия, получавана от вакуума, която е свързана с космологичната константа от уравненията на Айнщайн, наричана тъмна защото е невидима - не излъчва, не поглъща и не отразява светлината, а физичната й природа и микроскопична структура засега са неизвестни.). Оказва се, че всички наши физични закони са построени именно на базата на познанията ни за тези 4 до 10% от света в който живеем. (в различните източници е посочена ралична цифра)

Установено е че скоростта на разпространение на светлината във вакуум е теоретично най-голямата възможна скорост в природата, приблизително равна, както знаете, на 300 000  km/s (299,792,458 m/s или 186,282 miles/s). 

Има изградени различни физични теории в опитите на учените да обяснят същността и поведението на светлината.

Първоначална е  Корпускулярната теория на Пиер Гасенди и доразвита от Исак Нютон през 1675г. гласяща, че светлината е съставена от малки частици, корпускули, които се излъчват във всички посоки от източниците на светлина (по-късно те са наречени фотони в квантовата теория). Основен аргумент в нейна полза е праволинейното разпространение на светлината в хомогенна среда. По това време изглеждало невъзможно да се свърже праволинейно разпространение с вълнов процес. Тя господствала през целия 17 век, но не могла да обясни задоволително редица явления.

Съвременниците на Нютон - Робърт Хук през 1660г. и Кристиан Хюйгенс – през 1690г. създават т.н. Вълнова теория, която утвърждава, че светлината представлява непрекъсната електромагнитна вълна с определен спектър от честоти – графиките ще видим по-надолу в лекцията. Хюйгенс формулирал свой принцип и успешно обяснил някои явления при разпространението на светлината в кристали, а също и явленията отражение и пречупване. До цялостно разбиране на вълновото движение обаче се стигнало едва в началото на 19 век, когато задоволително се обяснили наблюдаваните многобройни случаи на интерференция и дифракция на светлината. Тази теория била приета от всички физици. През първата половина на 19в. те търсили отговор на въпроса „какво е естеството на светлинните вълни”.

Основополагаща се явява Електромагнитната теория - разработвана през 19-ти век от различни физици. През 1845 година Майкъл Фарадей открива, че светлината е тясно свързана с електромагнетизма. През 1847 година той прави предположението, че светлината е високочестотно електромагнитно трептене, което може да се разпространява дори без наличие на среда. Като кулминация на тази теория е работата на английския физик Джеймс Максуел, който прави заключението, че светлината е електромагнитно излъчване (фиг.1)

Показани са двете осцилиращи компоненти на електромагнитното поле - електричното (E) и магнитното (B) под прави ъгли едно на друго и перпендикулярни на посоката на разпространение на вълната.

                                   Фиг.1

През 1873г. Максуел прави пълно математическо описание на поведението на електричното и магнитно полета, днес известни като уравнения на Максуел. Той обединил всички теоретични постижения до момента в стройна единна теория, която точно определя характера на трептенията и обяснява много добре дисперсията на светлината чрез взаимодействието на електричното й поле със зарядите на градивните частици на телата. Дисперсията – това е зависимостта на показателя на пречупване на средата от дължината на вълната. В широк смисъл сега под дисперсия се разбира кръг от явления, свързани с разлагането на светлината в спектър. Чрез тази теория се обобщава, че електричеството, магнетизмът и светлината са свързани в едно общо електромагнитно поле. Той приема, че скоростта на светлината е универсална константа, зависеща единствено от диелектричната и магнитната проницаемости на вакуума.

Малко по-късно Хайнрих Херц потвърждава експериментално теорията на Максуел и доказва, че радиовълните се държат по абсолютно същия начин като видимата светлина и имат свойството да се отразяват, пречупват, дифрактират и интерферират. Теорията на Максуел и опитите на Херц водят до развитието на съвременните радио, радар, телевизия, безжични комуникации и други.           

Серия експерименти, проведени в началото на 20-те години на ХХ век показали, че в едни от тях светлината се държи като вълна,  а в други -  като поток от частици. Именно тази двойствена природа на светлината е наречена корпускулярно-вълнови дуализъм. През 1923  г.  Луи де Бройл пренася корпускулярно-вълновия дуализъм и върху електроните, протоните,  неутроните и другите частици,  които се оказва,  че също притежават вълнови свойства.  Сдруги думи казано, корпускулярно-вълновият дуализъм се отнася не само за светлината, но и за всички материални тела.

Съществуването на светлината във времето може да се раздели на три основни етапа:             Първи. Етап на излъчване;        Втори. Етап на разпространение;       Трети. Етап на поглъщане (преобразуване и т.н.).

Етапът на излъчване на светлината е обяснен от Електромагнитната теория на Максуел и от Квантовата теория.  Първата теория описва причината за появяване на излъчването,  а втората -  спектъра на излъчването. 

Етапът на разпространение на светлината и съпровождащите го явления (интерференция,  дифракция и др.)  се обясняват от привържениците на Вълновата теория (Максуел, Хюйгенс, Юнг, Френел и др.).

Третият етап на поглъщане на светлината и съпровождащите го явления (фотоелектричен ефект,  ефект на Комптон и др.)  се обясняват от Корпускулярната теория. Нещо повече, разглеждайки този етап, Айнщайн открива основния недостатък на Вълновата теория - отсъствието на симетрия.

В стремежа си да създаде теория която да обедини всички видове фундаментални взаимодействия Айнщайн създава Общата теория на относителността (ОТО) през 1905г. където той ревизира модела на Галилей за време и пространство, като дава съвсем нов поглед върху тях и законите на Нютон за движение, с добавката за постоянната скорост на светлината и показва равностойността на маса и енергия с широко популярното си уравнение   , (където E е енргията, m е обикновено масата в покой  и c е скоростта на светлината във вакуум).      В същото време Хъбъл открива закон,  според който скоростта на отдалечаване на дадена далечна звезда е свързана директно с разстоянието от нас до нея .  От този закон е направен важният извод,  че Вселената се разширява и нейното начало е наречено - Големия взрив. Не е трудно да се установи, че след дадено разстояние, скоростта на отдалечаване на далечните обекти от Вселената ще превиши скоростта на разпространение на светлината във вакуум.            Интересна е теорията на Айнщайн за фотоелектричния ефект (за която получава Нобелова награда за физика) където твърди, че светлината може да съществува като дискретни порции, подобни на частици (кванти) които по-късно стават известни като фотони. Тази негова теория на фотоефекта увеличава напредъка, постигнат при решаването на проблема за "ултравиолетовата катастрофа" от Макс Планк през 1900г. В своята работа Планк показва, че горещите обекти имат електромагнитно излъчване и то е на дискретни пакети, което води до извода, че от т.нар. абсолютно черно тяло се излъчва точно определено количество енергия - това е т.н. Закон на Планк. Тези два резултата изпадат в директно противоречие с класическия възглед за светлината като непрекъсната вълна. Теориите на Планк и Айнщайн пряко предшествуват създаването на квантовата механика, формулирана през 1925г.

Представите за светлината продължават да еволюират и през 20-те и 30-те години на 20 век, и достигат своя връх със създаването през 40те години на Квантовата теория на електромагнетизма, която е една от най-точните и успешни теории от теоретична и експериментална гледна точка.    

В основата на квантовата електродинамика лежи представата, че електромагнитното поле може да се разглежда като своеобразен газ от кванти на полето - фотони, а електроните и позитроните - като кванти на електро-позитронно поле. Оказва се възможно теорията да бъде така развита, че да води до проверими опитно-количествени резултати, което дава възможност подробно да се изучат теоретически, редица процеси, (чието класическо третиране не води до резултати. (Например: разсейване на фотони от свободни или слабо свързани електрони (Комптонов ефект), излъчване на фотони при взаимодействие на електрони или позитрони с електростатично поле (спирачно лъчение)). Особено важен резултат е получаването на преместване на енергийните нива на електрона в атома, дължащо се съгласно съвременните схващания на флуктуации на фотонното и електронно-позитронното поле.)

Квантовата електродинамика води до нови представи за вакуума, тоест за пространството, лишено според нас от всякакви частици. Оказва се, че в него се раждат и унищожават фотони и електронно-позитронни двойки, т.е. вакуумът не е абсолютно празен.

Квантова теория на полето изучава поведението на квантовите системи с безброй много степени на свобода. Тя се явява теоретична основа за описание на микрочастиците, техните взаимодействия и преобразувания. На нея се основават физиката на елементарните частици и физиката на кондензираната материя.

 Интересно е да се разгледа, макар и частично, физиката на елементарните частици, която е дял на физиката, занимаващ се с градивните елементи на материята и лъченията, което би ни обяснило още по-ясно тясната взаимовръзка между двете и разбирането ни за същността на светлината, като тяхна основа и първопричина. Този дял се нарича още физика на високите енергии, защото учените използват високоенергийни ускорители за изучаване на частиците. Под елементарна частица се разбира частица, за която няма експериментални доказателства, че има вътрешна структура, т.е. не е съставена от други по-малки частици. Те са основните градивни блокчета — фундаменти, от които са изградени композитните частици като протоните или неутроните.  Най-разпространеният до момента е т.н.  Стандартен модел  (фиг.2), който класифицира, подрежда и обяснява свойствата и взаимодействията (електромагнитно, слабо и силно) на елементарните частици, които познаваме. В него фундаменталните частици се подреждат в три поколения, като всяко поколение съдържа 2 кварка — горен и долен и 2 лептона — един, който има електрически заряд и един неутрален. Различните типове взаимодействия между фундаменталните частици се осъществяват чрез преносителите на взаимодействия — така наречените калибровъчни бозони. В Стандартния модел има 4 калибровъчни бозона, благодарение на които се осъществяват електомагнитното и слабото взаимодействие и още 8 глуонни полета, които пренасят силното взаимодействие между кварките. Ако използваме дефинициите "кварки" и "лептони" - елементарните и съставни частици, изградени от кварки (във виолетово) и лептони (в зелено) са "материя", докато калибровъчните бозони (в червено) не са "материя" доколкото представляват носители на взаимодействията.

                    Фиг.2

Досега всички предсказания на Стандартния модел са били потвърждавани експериментално, понякога с фантастична точност от милионни части от процента. Едва напоследък започнаха да се появяват резултати, в които предсказанията му леко се разминават с експеримента. От друга страна, очевидно е, че Стандартният модел не може да е последната дума във физиката на елементарните частици, тъй като съдържа твърде много външни параметри, а освен това не включва гравитацията. Затова търсенето на отклонения от Стандартния модел е едно от най-активните направления на научните изследвания в последните години. Днес опитите за единно обяснение на всички частици и явления в микросвета са обединени в т. нар. „теория на всичко“. Една такава теория е например суперструнната теория, но тя все още няма експериментално потвърждение и не се очаква това да стане в близко бъдеще. Две думи за нея :               

 Теория на суперструните (или суперструнна теория) прави опит да обедини всички частици и фундаментални сили в природата в една теория, моделираща ги като трептенията на микроскопични суперсиметрични струни. Разглеждана е като една от най-обещаващите кандидат-теории на квантовата гравитация. Суперструнната теория е съкращение от „суперсиметрична струнна теория", защото противоположно на бозонната струнна теория, тя е версия на струнната теория, обединяваща фермионите  и суперсиметрията.                                     Днес са известни няколко стотици елементарни частици — фактически повече от атомите в периодичната система на елементите. До 70-те години на 20в. се е считало, че един от най-важните въпроси на атомната физика е „кои са елементарните, фундаменталните частици, от които са съставени всички други частици в природата и които не са изградени от други, по-малки частици” т.е да се стигне до самата същност на светлината.

Понастоящем обаче, най-големият проблем на теоретичната физика е обединяването на Общата теория на относителността, която обяснява гравитацията и се отнася до големи структури (звезди, галактики, галактични свръхкупове) с квантовата механика, която обяснява другите три фундаментални сили, действащи на микроскопично ниво - електромагнетизъм, силно ядрено взаимодействие и слабо ядрено взаимодействие.

Според съвременната физика светлината е електромагнитно излъчване с дължина на вълната във видимия за човешкото око диапазон на електромагнитния спектър, приблизително от 400 до 750 nm. Понякога към понятието светлина се включват и инфрачервените и ултравиолетовите лъчи. Тя има корпускулярно-вълнов характер, т.е. едновременно се проявява като поток от частици (фотони), които могат например да избиват електрони (фотоелектричен ефект), а в друг случай се държат като вълна — наблюдават се явленията дифракция и интерференция. Според квантовата механика фотоните нямат маса, което следва непосредствено от теорията на относителността и както видяхме от наложилия се т.н. стандартен модел за подреждане на елементарните частици.

Какво виждаме ние от заобикалящия ни свят?

Виждаме, че цялата вселена е пронизана от светлината на милиардите звезди, галактики и други обекти и въпреки това небето е тъмно и непрозрачно за нашите очи. Това е така, защото ние виждаме само попадащата в обектите светлина, отразената такава или разсеяната от атмосферата на земята. На Луната, където няма атмосферен слой, сенките на скалните образувания са непрозрачно тъмни. Когато човек застане в зоната на такава сянка, той става невидим за другите хора. Освен това важно е да се подчертае, че ние не виждаме редица други лъчисти енергии, които пронизват вселената.          Ние долавяме с очите си само една малка част от електромагнитните лъчи, които достигат до нас от космичното пространство. Това е видимата светлина със своите седем цвята. (Таблица1.) Нека не забравяме, че не може да се говори за точни граници на цветовете в спектъра на видимата светлина, колкото и красиво да ги представяме в табличен вид. Посочените числа трябва да се разбират не като граници, а по-скоро като приблизителен интервал, в който се застъпват „съседни цветни лъчи”. Същото важи и за целия спектър на електромагнитните вълни.

 

цвят	дължина на вълната λ
червено	700-630 nm
оранжево	630-590 nm
жълто	590-560 nm
зелено	560-490 nm
синьо	490-470 nm
индигово	470-450 nm
виолетово	450-400 nm

                                                                                                                                   Таблица1
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 От Таблица 1. се вижда, че цветовете се различават по дължина на вълната, измервана в метри (тук в нанометри: 1 nm = 10^-9m). Освен чрез количествената си характеристика дължина на вълната, отделните лъчи на светлината (цветовете) могат да се представят чрез своята честота, измервана в херци – брой трептения за една секунда. Трептенията на светлинните вълни са в диапазона от 4.10¹⁴ Hz (терахерца)  до 7,50.10¹⁴ Hz (терахерца), т.е. в диапазона от около 400 трилиона трептения в секунда за червения цвят до 750 трилиона трептения в секунда за виолетовия цвят.

Ако разгледаме фиг.3, ще видим, че човек възприема като светлина електромагнитните вълни с дължина на вълната от 700 nm до 400 nm, като привикналото към светлината око обикновено е най-чувствително на вълни с дължина около 555 nm, т.е. в зелената област на видимия спектър. Под видимия диапазон са инфрачервените лъчи, които са невидими за човека, а над него са ултравиолетовите лъчи, които са с по-къси вълни и с по-голяма честота. Те са също така невидими за човешкото око. На същата скала може да се види къде се разполагат и каква част от електромагнитния спектър заемат радиовълните, микровълните, рентгеновите лъчи, γ-лъчите.

           Фиг. 3

 

                         

На фиг.4 и фиг.5 е представен отново спектърът на електромагнитните вълни – този път посредством двете основни характеристики: дължина на вълната λ (измервана в m)  и честота ν (измервана в Hz). Двете величини са обратно пропорционални – когато λ намалява, ν се увеличава така, че произведението им винаги е константа, равна на скоростта на светлината с (300 000 000 метра в секунда):   

 

                                    с = λ . ν                    c = 3.10⁸m/s .

 

 

                   Фиг. 4

 

 

 

                                                                                                                                           Фиг. 5

 

 

 

                                                          

           

Фиг. 6

 

Още по-ясно тази обратна зависимост се илюстрира от фиг.6 -  колкото се увеличава броят на трептенията в секунда (т.е. честотата), толкова вълните стават по-къси. Например космичните лъчи имат много по-голям брой трептения в секунда и най-къси вълни.

 

Днес са известни някои интересни явления, свързани със светлината, които още от древността са занимавали умовете на хората. През ХVІІ век Нютон обобщава изводите от редица опити и изказва законите, с които се обясняват наблюдаваните светлинни явления – някои от тях и до днес са валидни или се свързват с неговото име. Такива са например явленията, които ежедневно наблюдаваме: отражение, пречупване и разлагане на светлината.

Например, ако гледаме даден предмет под водата на езеро и бръкнем с ръка, за да го извадим, почти сигурно е, че няма да го улучим: при своето проникване във водата светлината се пречупва. Предметът ще ни изглежда по-близък, отколкото е в действителност (фиг.7,8).

 

              

                               Фиг.7                                                                       Фиг.8

 

Но най-интересни се оказват явленията, свързани със свойството на светлината “да се представя” пред погледа ни в различни краски. Как така бял лъч се разлага на седем цвята? Според Нютон причината за това е в способността на светлината да се пречупва под различни ъгли.

Във вакуум всички светлинни вълни се разпространяват с еднаква скорост –  300 000 km/s – това е максималната скорост, с която се разпространява какъв и да е сигнал във видимата вселена.

В друга прозрачна среда обаче скоростта на светлината зависи от дължината на вълната: по-късите вълни се разпространяват с по-малка скорост. Например в стъкло скоростта на виолетовата светлина е с около 1% по-малка от скоростта на червената светлина, която има по-голяма дължина на вълната.

Когато светлината преминава от една среда в друга (с различна оптична плътност), настъпва изменение, което наблюдаваме като промяна на посоката на разпространение на светлината – пречупване (когато светлината преминава в другата среда) или отражение (когато светлината се връща в първата среда, тогава казваме, че втората среда е непрозрачна за съответния вид лъчи), (фиг.9). Отражение (включително и вътрешно) винаги се наблюдава.

 

                 Фиг.9

 

 Интересно явление е и пълното вътрешно отражение. То се наблюдава само ако лъчът се движи от среда с по-голям коефициент на пречупване към среда с по-малък и ако ъгълът на падане е по-голям от т.нар. критичен ъгъл. Например, пълно вътрешно отражение може да се наблюдава на границата стъкло-въздух (ако призмата е стъклена и другата среда е въздух) при 'опита' на лъча да напусне стъклото и да навлезе във въздуха ако ъгълът на падане (от страна на стъклото) е по-голям от критичния.                     

Едновременно с пречупването може да се наблюдава и разлагане на светлината на цветове, породено от споменатия по-горе факт, че различните лъчи (различаващи се по дължина на вълната) се движат с различна скорост в дадена прозрачна среда.

Известни са опитите по разлагане на светлината при преминаването й през призма (която в зависимост от материала, от който е изработена, се характеризира с т.нар. показател на пречупване) – фиг.10 и фиг.11.

Този опит е направен от Нютон през 1666 година. Той насочва лъч светлина към стъклена призма. Когато върху нея попадне сноп от бяла светлина, лъчите се разделят пространствено. Показателят на пречупване на призмата е най-малък за червената светлина, която е с най-голяма дължина на вълната. Затова нейните лъчи се пречупват най-слабо. Най-голям е показателят на пречупване на призмата за виолетовите лъчи и те най-силно се пречупват, следвани от индиговите, сините, зелените, жълтите, оранжевите и чак накрая - червените.

 

   

 Фиг.10                                                                     Фиг.11

                                              

Ако поставим екран зад призмата, върху него ще се получи спектър на светлината, съдържащ всички цветове от дъгата, преливащи се един в друг (фиг.12).

 

          

                                                                     Фиг.12                                                                        

                                                                                                                            

Всеки цвят има своя специфична характеристика, отличаваща го от останалите. Тези различия в характеристиките на светлинните лъчи предизвикват съответно различни усещания върху ретината на окото и са всъщност причината да виждаме отделни цветове (фиг.13 и 14).

 

 

                                      

 

                                        Фиг.13                                                                  Фиг.14

 

По-детайлно погледнато в ретината има два основни елемента: фовея и сляпо петно. Фовеята е малко петънце върху ретината, разположено зад лещата. То съответства на центъра на зрителното поле, където зрителната острота е най-голяма. Сляпото петно или центърът на ирадиираща мрежа от кръвоносни съдове е точката, където кръвоносните съдове и невроните излизат през стената на окото. Сляпото петно е напълно нечувствително към светлината. Обикновено не съзнаваме това, защото то е на различно място в зрителното поле на всяко око, така че ако едното пропусне, другото вижда.

В ретината има около 120 милиона пръчици и от 6 до 8 милиона колбички, но само 1 млн. неврони напускат окото през зрителния нерв. Повечето от колбичките са във фовеята, която е центърът на зрителното поле и където остротата е най-голяма. Колбичките са отговорни преди всичко за способността да се виждат фини детайли; те функционират най-добре на дневна или ярка светлина; отговарят и за способността да се вижда цветно.

Пръчиците са разпределени в по-голямата част от ретината (с изключение на фовеята и сляпото петно), но са концентрирани най-вече в тясна близост с фовеята. Пръчиците са по-чувствителни към светлината, отколкото колбичките и затова разчитаме на тях за способността си да виждаме през нощта или в затъмнени условия. Вероятно сте забелязали, че нощем можете да забележите по-добре много слаба светлина (например бледа звезда), като гледате с периферното си зрение, защото образът попада върху най-голямата концентрация на пръчици. Пръчиците обаче, макар че са чувствителни към светлината, не могат да разграничават цветовете. Затова нощем човек не вижда цветно, а само черно, бяло и сиво. В пръчиците и колбичките светлинната енергия задейства сложен фотохимичен процес (пръчиците и колбичките се свързват с биполярните клетки, които на свой ред се свързват с ганглийните клетки, чиито аксони излизат от окото през зрителния нерв) , водещ до нервна активност, която преживяваме като зрение. Критичната стъпка в него изглежда е разрушаването или избледняването на фоточувствителния пигмент в тези клетки под влияние на светлината. Химичната активност стимулира прикрепените за пръчиците и колбичките неврони и те освобождават нервни импулси, които се предават на мозъка. Химическите вещества след това се комбинират отново, за да формират нов пигмент.

 

                                                Фиг.15

 

Фиг.15 представя зрителните пътища между ретината и мозъка. Основна характеристика на тази система е това, че сигналите от лявата половина на всяка ретина се предават на лявото полукълбо на мозъка, докато тези от дясната половина се проектират върху дясното полукълбо. Половината от невроните във всеки зрителен нерв се пресичат в точка, наречена зрителна хиазма, и се сливат с невроните, носещи информация от съответната половина на ретината в другото око. Там те се сливат в нови нервни влакна, за да занесат информацията до зрителната кора. Това обаче не означава, че всяко мозъчно полукълбо получава информация само от едната половина на зрителното поле. Двете хемисфери имат много взаимовръзки, през които информацията може да се пренася от едната страна на мозъка до другата.

Виждаме, че очите на човека действат като “уред”, който преобразува електромагнитните вълни и енергии от заобикалящата ни средата, в нервни импулси превеждани по нервен път до зрителения център на мозъка, където те се обработват и се изгражда зрителната ни представа за форми и образи. Тези форми и образи се явяват в безброй цветове, защото различните дължини на светлинните вълни въздействат върху зрителните ни възприятия и създават онова усещане, което наричаме цвят (фиг.16 и 17).

 

              

                                Фиг.16                                                              Фиг.17

Късовълновата светлина виждаме като синя, средновълновата – като зелена, дълговълновата – като червена (но това не са всички основни цветове). При събирането на две вълни с различна дължина се получават различни смесени цветове. Например смесване на къси със средни вълни дава синьо-зелен (циан) цвят, на средни с дълги вълни – жълт, а при дълги и къси – пурпурен цвят.

Светлина с максимален интензитет и равно участие на различните дължини на вълните възприемаме като бяло.

А когато окото ни не среща никакви електромагнитни вълни от цветния (видим) спектър тогава възниква усещането за черно.

 

Всъщност има 8 различни крайни цветоусещания, за които нашият човешки орган на зрението е чувствителен и точно затова те са наречени основни.

 

Основни характеристики на светлината от гледна точка на човека, които се използват за описване на усещането ни за цвят са:  яркост (възприемана от човешкото око като интензитет) , дължина на вълната (или честота, възприемана от човешкото око като цвят) и  поляризация (при нормални обстоятелства човешкото око не може да я регистрира).

 

Яркостта се отнася главно до количеството видима енергия, присъстваща в светлинния източник. С увеличаване на количеството енергия или интензивност стимулът изглежда по-ярък. Яркостта обаче зависи до известна степен и от контекста, в който виждаме дразнителя, общото равнище на осветеност и други елементи.
           Цветът - Когато дължината на светлинната вълна варира по зрителния спектър, виждаме различни цветове. Тук има отношение и наситеността или чистотата на цвета. Наситеността се основава на това, каква част от една дължина на вълната преобладава в зрителния стимул. Ако цялата енергия е концентрирана в една-единствена дължина на вълната, цветът изглежда много чист, когато се прибавят и други дължини, става по-сив и по-разреден.
           Въпреки, че е възможно да се разграничат само около 150 цвята, различните нива на яркост и наситеност се комбинират, за да дадат повече от 300 000 различни цветови усещания.

Цвят и дължина на вълната обаче не са взаимозаменяеми понятия - всеки цвят може да се създаде или чрез една-единствена дължина на вълната или от смес на съвсем различни дължини.  Светлинни лъчи с различни дължини на вълната могат да се смесват в безкрайни вариации, без да си влияят - когато “червена” и “зелена светлина” се съчетаят, за да формират “жълто”, жълтото е в нас, а не в светлината, която си остава непроменена от смесването т.е. ние изграждаме в себе си отражение, което не ни дава точна представа за нещата.

Поляризацията е явление, при което електромагнитното поле осцилира (колебае, трепти) в една определена равнина. При това се получава нарушение на симетрията на разпределение на трептенията в напречната вълна по отношение на направлението на нейното разпространение. Най-често срещаните поляризации са кръговата и линейната. Намира широко приложение в LCD-дисплеите с течни кристали, филтри и слънчеви очила.     

           Теории за цветното зрение

              Как се създава усещането за цвят в мозъка? Една от насоките в тази загадка е, че виждаме съвсем добре цветовете при много ярка светлина, когато реагират само колбичките, а при слабо осветяване не можем да ги разграничим, т. е. когато само пръчиците са достатъчно чувствителни, за да реагират. Например човек, чиито очи са се адаптирали към тъмнината, е в състояние да разпознае формите в цветна фотография и на лунна светлина, но те изглеждат сиви. Това показва, че колбичките са отговорни предимно за “превеждане” на спектралната информация (т.е.дължината на вълната) в модели нервни импулси (кодове), които изпращат сигнали за цветовете на мозъка.
Още от времето на Нютон се знае, че е възможно да се създадат практически всички цветове чрез смесване на синя, зелена и червена светлина. През 1802 г. британският учен сър Томас Янг издига тезата, че са необходими само три типа рецептори за цвят, за да се виждат всички цветове: един, чувствителен предимно към синьото, един - за зеленото, и един - за червеното. Според тази теория колкото по-силен е всеки от трите цвята в зрителния дразнител, толкова по-силно ще реагира рецепторът. Така, ако зрителният стимул съдържа много синя светлина, сините рецептори ще реагират силно; ако е съставен предимно от червена или зелена светлина, ще реагират червените или зелените рецептори. Възникващият в резултат модел нервни реакции се интерпретира от мозъка като цвят. Ако стимулът съдържа енергия от всички части на спектъра, всичките три типа рецептори реагират и се предизвиква усещане за бяло. Ако се стимулират само рецепторите за зелено и червено, усещането е за жълто. Всеки зрителен стимул, който произвежда един и същи модел дейност у трите типа рецептори, се вижда като имащ същия цвят.
Трирецепторната теория на Янг е усъвършенствана преди около 60 години от Хелмхолц и става известна като теория на Янг-Хелмхолц. И до днес тя е една от двете най-влиятелни теории за цветното зрение. В действителност съвременните техники за измерване са показали, че наистина съществуват три типа колбички, всеки от които е най-чувствителен към различна част на спектъра.                                                                                                                                           Хървич разработва друга теория за цвета, предложена първоначално от съвременника на Хелмхолц, Евалд Херинг. Тази теория за противоположните процеси приема идеята на Хелмхолц, че съществуват три типа колбички, всеки от които е най-чувствителен към светлина от дадена част на спектъра. Теорията обаче приема съществуването на системи на противоположните процеси, която изчислява различията в скоростта на изпразване на тези три типа колбички. Различията определят кои цветове виждаме. Така ако системата, изчисляваща червено-зелените различия, не работи, не можем да разграничим червеното от зеленото; провалът на системата за изчисляване на синьо-жълтите различия създава подобна загуба на синьо-жълтото разграничение. Хората с някой от тези два типа цветна слепота са наречени дихроматични, защото все пак могат да разграничават една двойка цветове. Най-често срещаната форма е червено-зелената слепота (около 7% от всички мъже и 1% от жените имат този проблем). Когато и двете системи - червено-зелената и синьо-жълтата - не работят, хората са напълно слепи за цветовете - тези монохроматични лица виждат света единствено в тоновете на сивото.

Да се върнем отново към свойствата на светлината – отражение и пречупване при преминаване през среди с различна гъстота.

Става ясно как въпреки, че цветът не е вътрешноприсъщо качество на даден предмет, въпросният предмет все пак го възприемаме като оцветен в някакъв цвят. Съвременната наука обяснява това с помощта на основните свойствата на светлината - пречупване и  отражение, засегнати по-горе. В двойствения процес, който тези явления съставляват, се съдържат и всички предпоставки за оцветяването.

Фактът, че възприемаме предметите около нас като обагрени, се свързва със свойството им да поглъщат и отразяват светлина с точно определена дължина на вълната, което обуславя и съответния им цвят.

 

 

 

 

 

 

 

Като например – морската вода. (фиг.18) Тя поглъща  най-силно червените и жълтите лъчи на слънчевата светлина (тези с дълга и средна дължина на вълната), а отразява само сините и зелените лъчи, които биват улавяни от нашите очи, поради което оставаме с впечатлението за такъв цвят на водата.

 

Принципът е същия и за всички останали обекти около нас.

 

 

 

            Фиг.18

 

По отношение наличието на “бяло” и “черно” в гамата на цветовете от видимия спектър - макар да са приети като цветове, в действителност те за нас са символ на двата полюса – на светлината и мрака. Бялото, като съдържащо всички цветове, черното като липсата на какъвто и да е цвят или пълното отсъствие на светлина.

Чрез тези два „цвята” може да опишем и крайните процеси на пречупване (още поглъщане) и отражение на светлината. Защото черното означава пълно поглъщане на всички цветове, а бялото – пълното им отражение. Например всеки, който е носил черна дреха в зноен летен ден, има впечатления от свойството на черния цвят да поглъща. Затова летните ни дрехи са винаги в по-светли тонове, а зимните – в по-тъмни. Сменяме си окраската на облеклото съобразно климатичните условия. Когато боядисваме нещо, откриваме, че никое багрило не отразява светлината по-силно от бялото и по-слабо от черното. По този начин бялото и черното могат да служат като мярка за способността на даден предмет да отразява или поглъща светлината.

 

 

3. В заключение, обобщавайки  казаното до тук ще наблегна на няколко основни положения :

 

На първо място - факта, че светлината, като същност и първопричина за проявлението на целия ни познат дотук свят на материя и лъчения, все още не е изучена в цялост, а само до там, докъдето ни позволяват съвременните научни средства и методи на изследване. Те са твърде недостатъчни за да разберем същността на светлината в нейната дълбочина и на нещата в тяхната цялост. Поради което сме принудени със скромните възможности на ограниченото и опознатото, да се опитваме да си обясним в пълнота  възможностите на безкрайното и необхватното, което не е възможно.

 

На второ място - факта, че светлината, която ние виждаме, заема много малка част от целия елекромагнитен спектър на слънчевата светлина, познат на науката днес, а в същото време ние изпитваме влиянието на пълния спектър т.е. възприемането на заобикалящия ни свят е строго фиксирано и частично, ограничено. В рамките на този видим интервал се намират всички цветове, които зрението ни различава и благодарение на които получаваме най-обширната за нас информация от всички останали сетива,  с които работим сега (осезание, вкус, обоняние, слух). Изследвания показват, че около 75 -80% от информацията за заобикалящата ни действителност са получени зрително т.е. чрез очите, което показва огромното значение на тази информация, като влияние върху нашето визуално възприятие и  определящо по-нататъшните ни реакции и поведение.

 

И на последно място е важно е да се подчертае отново, че работим в съзнанието си с образи, които са неточно отражение на реалността , които са вътре в нас, а не самата реалност и че процеса на възприемане  е значително индивидуализиран – зависи от здравословното състояние на съответните зрителни органи и от общата психична (душевна) нагласа в дадения момент т.е. имаме относителност на възприятията.

 

 

Но независимо от това, въпреки ограниченията на възприятията си за света, в който пребиваваме, светлината, която приемаме, ни дава възможност да изучим в достатъчна за нас степен законите на природата, основите, върху които е изграден нашия живот, съсредоточавайки се върху правилното разбиране, правилното отношение и поведение, за да може всеки един от нас да намери своето място и да разреши достойно задачата на живота си, помагайки по този начин и за правилното разрешаване задачите на цялото, като клетки на един общ организъм.

 

Ще завърша с думите на Учителя:

„Успехът на съвременната наука е на повърхността на живота."

 

И още:

"Невежеството и незнанието са най-голямата пречка за хората да познаят законите на разумния живот, който ще внесе радостта. Затова е необходимо хората да придобият великото знание за законите, по които е построен техния организъм и да изучат законите на правилната обмяна на веществата и енергиите......”

 

 

 

Регистрирани факти:

 

- Човешкото съзнание е способно да възприема информация около 15 бита /сек, а подсъзнанието –15 000 000 бита /сек което показва нагледно, че подсъзнанието е с много по-голяма роля, относно влиянията които изпитваме от околната среда.

- Човешкото око възприема информация около 700 пъти в секунда на подсъзнателно ниво, а на съзнателно 25 пъти в секунда.

- Нютон избрал да раздели спектъра на седем цвята: червен, оранжев, жълт, зелен, син, индиго и виолетов, поради теорията на древногръцките философи за връзката между цветовете, музикалните ноти, познатите обекти в Слънчевата система и дните от седмицата.

- Интересно е да се знае, че от слънчевия спектър липсват определени дължини на вълните, което е резултат на поглъщане от страна на химичните елементи, съставящи хромосферата на Слънцето. От точните стойности на тези липсващи от спектъра части или "абсорбционни спектрални линии", може да се определи кои елементи се съдържат в Слънцето (качествен спектрален анализ). Фактът, че тези елементи са абсорбирали излъчването означава, че хромосферата е по-студена от фотосферата(идва от фотон, защото става въпрос за повърхността на светещо тяло).        

- Веществата в земната атмосфера поглъщат част от слънчевата светлина, която минава през нея т.е. ние възприемаме съвсем не пълния спектър на слънчевите лъчи. Това е измервано на морското равнище и на различни височини. Прави се оценка на приликата на спектъра над атмосферата и поглъщането в атмосферата. Конкретните измервания над атмосферата изискват измервания от космически апарати

 

 

 Допълнителни пояснения и забележки по цветовото възприемане и деление :

Нека си зададем въпроса: Защо основните три цвята на естествения слънчев спектър се явяват син, червен и жълт, а при нашето цветово възприятие са- син, червен и зелен?

 

Нека разгледаме как точно възприемаме светлината:

Слънцето и звездите излъчват по-голямата част от своята светлина във видимата част на електромагнитния спектър. Сигурно не е случайно, че човешкото око е чувствително именно към дължините на вълните, които Слънцето излъчва най-силно. По-точно, независимо от състава на светлината, която попада върху него, то я разлага на три цветни компоненти, към които различните клетки на ретината имат различна чувствителност (трихроматично зрение - вж. теория на Йънг-Хелмхолц). Нека разгледаме кривите на чувствителност на различните колбички показани на фигурата по-долу. Тези рецепторни клетки, наричани колбички (или конуси – с бял цвят), са чувствителни както следва: към късите вълни (сини колбички или S тип); към дългите вълни (червени колбички или L тип) и към средните вълни (зелени колбички или М тип).  Тъй като кривите на чувствителността на колбичките се припокриват, при осветяване с монохроматична светлина не е възможно да се стимулира само един вид колбички, защото реагират и другите, макар и в по-малка степен.

С черен цвят е отбелязана чувствителността на пръчиците. Пикът им е при 500-550nm през нощта.

Тук са дадени усреднени данни от изследванията т.е за средния наблюдател.

Определенията за „червени” и „зелени” рецептори отнесени към колбичките са ДОСТА УСЛОВНИ,     защото както е видно пиковите им значения са в ЖЪЛТИЯ  диапазон (забележка - зеления е в края на диапазона си ~540nm и мн.близо до жълтия, който започва ~560nm – преливане има).

Видно е също (черно-бялата схема) и че чувствителността на окото към синия цвят е съществено по-ниска отколкото към зеления и червения цветове. Забележете, че кривата на сините колбички тук е показана увеличена в мащаб 10 пъти.

Наборът от всички възможни стойности на цветовите комбинации, предизвикващи зрителна реакция, определя човешкото цветово пространство. 

 

            Извод :

Вижда се че от биологична и научна гледна точка нещата са различни -  нашите възприятия  имат 3 основни цветови рецептора в ретината - син, червен и зелен, докато в живата истинска светлина основни цветове се явяват  „син, червен и жълт”. Причината за тази разлика вероятно е в нашето несъвършенство на възприятията. А и от друга страна, разделението (както се видя) на цветните колбички в окото е доста условно, което отново ни поставя ред въпроси и възможни теории.

  Явно щом Учителят дава за основни, първични цветове - червен, син и жълт, от гледна точна на тяхното живо естество (имайки разбира се и по-висши познания за това)

би следвало да го приемем за вярно.

 

 

СМЕСВАНЕ НА ЦВЕТОВЕ ЗА ВЪЗПРОИЗВЕЖДАНЕ

 

            В стремежа си за по-пълно възпроизвеждане на съществуващите в природата цветове, ние хората, в несъвършенството си, сме разработили различни цветови модели за смесване, базирайки се на различни 3-ки основни цветове. Пресъздаваме багрите на светлинния спектър, минавайки през ограниченията на познанието си и на наличната съвременна техника, но пригаждайки се към практическата цел на възпроизвеждането.

Изполват се различни модели - RGB, HSV, CMYK и т.н. за различни цели.

 

 Когато говорим за смесване на цветовете сме длъжни уточним  два основни момента:

 

1. Има съществена разлика между смесването на светлина и смесването на бои  или пигменти.

2. За практическите цели е необходимо представянето на цветовете с количествени характеристики, различни от физическите им характеристики.

 

Така са се обособили два вида първични цветове: субтрактивни и адитивни.

По какво се различават тези цветове?

            Адитивно (слагателно) смесване – смесването на няколко светлинни потока.

            Субтрактивно смесване – от спектъра на светлинния поток се отнема част от спектралните му съставки.

 

Субтрактивните цветове се наблюдават при физическото смесване на пигментни петна както е при рисуването с четка и моливи върху бял лист хартия , светлината преминава през пигментните петна които сме нарисували , оцветява се , отразаява се в белият лист хартия и отново преминава през пигментните петна оцветявайки се повторно преди да достигне до нашите очи като по този начин петната абсорбират част от светлината и цветовете.Колкото повече пигментни петна нарисуваме едно върху друго толкова по-голямо ще e абсорбирането на светлината от петната и толкова по малко отразена светлина ще достига до нашите очи като по този начин цвета ще клони към черно.Първичните субтрактивни цветове са червен, жълт и син.

 

От друга страна при адитивните цветове нещата стоят по-различно тъй като те се наблюдават вече при излъчващи (черни) повърхости, какъвто е монитора. Там цветовете се получават от смесването на 3 светлини червена(Red,R), синя(Blue,B) и зелена(Green,G) ,които са основните първични адитивни цветове. При смесването на основните адитивни цветове се получават жълт(Yellow,Y) , циан(Cyan,C) и магента(Magenta,M).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Колело на процесните цветове (CMYK)

При смесването на мастила и бои, няма как да се използва цветна светлина. В тези случай се прилага CMYK модела – синьозелено (Cyan), пурпурно (Magenta), жълто (Yellow) и черно (Black)т.е. използват се производните адитивни цветове. За разлика от смесването на цветна светлина (R, G, B) при смесването на равни части от трите оцветителя (C, M, Y) се получава черен цвят. Това смесване на цветовете се нарича още субтрактивно и се използва най-вече при модерния цветен печат, киното и фотографията.

                                                                                   При физическото смесване на пигменти се наблюдава субтрактивно смесване на цветовете. (Интензивността на светене на цветовете отслабва при смесването им, затова и този вид цветосмесване се нарича субтрактивен). Подобно смесване отразява по-малко светлина, така че ако се смесят  червени, сини и жълти пигменти (основните субтрактивни цветове) ще се получи цвят близък до черния. Така ако си купим от книжарница едноцветни (т.е. пигментирани) прозрачни найлонови листи с тези три цвята ще получим показания ефект.(бел.моя).  Субтрактивните цветове се наблюдават в рисуването.      

 

 

Цветното колело е логическа подредба на чистите (пигментни) цветове. То се използва за онагледяване на връзката между основните цветове, както и за демонстрация на това, как смесването на два или повече цвята създава нови цветове. Цветното колело е полезно ръководство за смесването на цветовете и ценен инструмент при създаването на нови цветови схеми за бижута от мъниста.

Съществуват различни цветни колела, като всяко от тях има своето приложение.

 

Колело на пигментните цветове. То се използва най-често от дизайнерите и художниците. В него за основни се приемат червеното, жълтото и синьото. При смесването им един с друг се получават оранжево, зелено и лилаво. Последващото смесване на първичните цветове със стоящите до тях вторични води до формирането на третични цветове. Така колелото се сдобива с 12 цвята.

Въпреки че това е най-удобното цветово колело за дизайн на бижута от мъниста, то има и своите недостатъци. От една страна, цветът на прозрачните стъклени мъниста има по-скоро светлинни, отколкото пигментни свойства, а от друга, не всички цветове могат да бъдат получени с елементарното смесване на някой от 12-те цвята (например тюркоазеното и вишневочервеното). т.е. вижда се разликата на това да се работи с пигментни или със светлинни цветове.

 

 

            RGB колелото или още червено-зелено-син цветови модел.

Когато цветовете се получават от смесването на цветни потоци светлина, говорим за адитивно смесване. (адитивен озн. такъв който е равен на сбора на компонентите си.) Също както трите типа клетки за цветоусещане на човешкото око, адитивните цветове се основават на трите основни цвята червен (Red), зелен (Green) и син (Blue).  
При смесването им се получават светли цветови тонове, т. е. при една смесица от червено и зелено се получава жълто, от зелено и синьо - циан (синьо-зелено), а от синьо и червено - пурпурно. При нулев интензитет на трите цвята се получава черен цвят, а при максимален - бял цвят. Комбинациите от различен интензитет на трите лъча могат да породят почти цялото цветно пространство на видимия от човека светлинен спектър.  

 

При смесването на светлината, учените използват RGB модела, като се смята, че всеки цвят може да бъде получен при смесването на различни количества от адитивните цветове – червен (Red), зелен (Green) и син Адитивното смесване на цветовете се среща предимно в телевизионната технология, компютърната графика и частично във фотографията.

 

За да обяснят произхода на всички цветове, учените са създали ОЩЕ НЯКОЛКО ЦВЕТОВИ СИСТЕМИ:

Дървото на цветовете. Тази схема е дело на учения Мунсел. Той използва следните 5 основни цвята: червено, жълто, зелено, синьо и виолетово. За негови вторични цветове се смятат “послеобразите”, които виждаме ако се вгледаме продължително в даден цвят, а след това си отместим погледа върху бяла повърхност.

Система на естествените цветове

Тази схема е създадена от немския психолог Харинг, според който към трите основни цвята трябва да се добави четвърти - жълтото. Само така може да се произведат иначе трудните за формиране тюркоаз, лилаво, оранжево и лайм. Системата на естествените цветове се различава по това, че е базирана на човешките възприятия, а не на физичните свойства на цветовете.

 

Забележка: Има и други системи, разработени за по-добра практическа работа с наличните устройства и по-интуитивното преработване  и предаване на цветовете до крайнитя ползвател на техн. устройства, на които обаче няма да се спирам.

Само ще спомена най-наложилата се от тях – HSV (Hue-Saturation-Value “тон/ наситеност/ яркост”), която е най-интуитивна при работа (най-естествено възприемана, съгласувана с човешките възприятия), дава най-добра теоретична база за разбиране на цветовото разнообразие.

Детайли за нея:

Используется цилиндрическая система координат, а подпространством, в котором определена модель, является шестигранная пирамида. Цветовой тон (H) измеряется углом вокруг вертикальной оси, причем красному, зеленому и синему цветам соответствует H = 0, 120 и 240 градусов. Интенсивность (V) вдоль оси возрастает от 0 в вершине до 1 на верхней грани, где она максимальна для всех цветов. Насыщенность (S) определяется расстоянием от оси. На вертикальной оси находятся ахроматические, серые цвета. 
  
          

Модель HSV удобна для задания цвета. На следующем рисунке показана одна из возможных панелей управления, обеспечивающих выполнение такой операции.

 
  

 

 

 

 

 

 

Цветовая модель HLS (Hue, Lightness, Saturation) в виде двойной шестигранной пирамиды является расширением одиночной пирамиды HSV.

Рассмотренные интуитивные цветовые модели неудобны для применения в цветных устройствах и цветной растровой графике. В этих случаях широко применяется модель RGB. 

 

 

           

 

                  

           Компилация: Живко Богданов