Американские ученые завершили столетнюю теорию цвета Шредингера

По данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, американские исследователи пересобрали математическую основу теории цвета, предложенной почти сто лет назад физиком Эрвин Шредингер. Работа закрывает важный пробел в его геометрической модели и по-новому объясняет, почему мы видим цвета именно так.

Геометрия цвета, придуманная Шредингером

В 1920-е годы Шредингер предположил, что весь спектр воспринимаемых человеком цветов можно представить как трехмерное пространство. Его координаты определяются реакцией трех типов колбочек сетчатки — рецепторов, чувствительных к красному, зеленому и синему свету.

Такая идея опиралась на более ранние математические взгляды Бернхарда Римана, который считал, что пространства восприятия могут быть «кривыми», а не плоскими. В рамках римановой геометрии Шредингер описал ключевые параметры цвета: оттенок, насыщенность и яркость. Его формулировки использовались десятилетиями, но оставались неполными.

Где теория давала сбой

Команда под руководством Роксаны Буджак из Los Alamos National Laboratory столкнулась с проблемами, разрабатывая алгоритмы научной визуализации. Выяснилось, что в модели отсутствует строгая математическая формулировка нейтральной оси — линии серых тонов от черного к белому.

Это важно, поскольку именно относительно этой оси описывается расположение остальных цветов. По сути, теория опиралась на элемент, который никогда не был четко определен.

Закрытый пробел

Чтобы восстановить недостающий элемент, исследователи вышли за пределы исходной римановой схемы. Они построили более общую геометрическую модель и задали нейтральную ось математически.

Одновременно были пересмотрены и другие эффекты восприятия. Например, эффект Безольда—Брюке — явление, при котором изменение яркости слегка смещает оттенок. В новой модели цветовые переходы описываются не прямыми линиями, а кратчайшими путями в искривленном пространстве. Это ближе к тому, как мозг реально различает цвета.

Ученые также применили тот же подход для объяснения феномена убывающей отдачи: чем сильнее меняется цвет, тем менее заметными становятся дальнейшие изменения.

«Мы пришли к выводу, что эти цветовые качества возникают не из дополнительных внешних факторов, таких как культурный или приобретенный опыт, а отражают внутренние свойства самой цветовой метрики», — говорит Буджак.

По ее словам, метрика позволяет описывать различия между цветами как измеримые геометрические расстояния.

Почему это важно

Авторы подчеркивают, что уточнение математической модели имеет практическое значение. Научная визуализация, медицинские изображения, системы обработки данных и графика в целом опираются на корректное отображение цветовых различий.

«Понимание восприятия цвета является важной составляющей науки о визуализации, критически важной возможностью, которая лежит в основе многих полезных начинаний и технологий», — отмечают исследователи.