Bản chất của ánh sáng

Có một sự thật là, những màu sắc rực rỡ mà chúng ta nhìn thấy không phải là thuộc tính cố hữu của bản thân các vật thể, nó là sự tương tác phức tạp giữa vật lý, sinh học và thần kinh học.

Điều cốt lõi cần nhắc đến đầu tiên là nhận thức về màu sắc bắt đầu bằng ánh sáng. Ánh sáng là dạng bức xạ điện từ, di chuyển theo sóng. Toàn bộ phổ điện từ bao gồm dải bước sóng rộng lớn, từ sóng vô tuyến đến tia gamma. Tuy nhiên, mắt người chỉ nhạy cảm với một phần hẹp của phổ này, được gọi là phổ ánh sáng nhìn thấy. Phổ nhìn thấy này dao động từ khoảng 380 nanomet (tím) đến 750 nanomet (đỏ).

Trong phạm vi này, các bước sóng khác nhau tương ứng với các màu sắc được nhận biết khác nhau, bước sóng ngắn hơn xuất hiện dưới dạng xanh lam và tím, trong khi bước sóng dài hơn xuất hiện dưới dạng đỏ và cam. Cái mà chúng ta nhận biết là "ánh sáng trắng", chẳng hạn như ánh sáng mặt trời, thực chất là tổng hợp của tất cả các bước sóng nhìn thấy này, giống như cách lăng kính tiết lộ các màu thành phần khi ánh sáng trắng đi qua nó.

Tương tác giữa ánh sáng và vật thể

Màu sắc mà chúng ta gán cho vật thể không được tạo ra bởi chính vật thể đó mà là hệ quả của cách vật thể đó tương tác với ánh sáng chiếu vào nó. Khi ánh sáng chiếu vào vật thể, một số hiện tượng có thể xảy ra, phản xạ, hấp thụ và truyền qua.

Hầu hết các vật thể không trong suốt đều hấp thụ một số bước sóng ánh sáng và phản xạ những bước sóng khác. Các bước sóng được phản xạ trở lại mắt chúng ta là yếu tố quyết định màu sắc được nhận biết của vật thể. Ví dụ, quả táo đỏ trông đỏ vì bề mặt của nó hấp thụ hầu hết các bước sóng xanh lam và xanh lục của ánh sáng trắng tới, trong khi phản xạ chủ yếu các bước sóng đỏ.

Ngược lại, chiếc áo sơ mi màu xanh lam hấp thụ ánh sáng đỏ và xanh lục, phản xạ ánh sáng xanh lam. Vật thể có màu trắng phản xạ gần như tất cả các bước sóng nhìn thấy, trong khi vật thể màu đen hấp thụ gần như tất cả các bước sóng nhìn thấy.

Các vật thể trong suốt hoặc bán trong suốt như kính màu, thể hiện màu sắc bằng cách truyền qua các bước sóng cụ thể trong khi hấp thụ những bước sóng khác. Các phân tử và cấu trúc của chúng trong vật thể chịu trách nhiệm về các đặc tính hấp thụ và phản xạ chọn lọc này.

Mắt và não người

Hành trình từ ánh sáng phản xạ đến màu sắc được cảm nhận kết thúc trong hệ thống thị giác của chúng ta. Sóng ánh sáng phản xạ đi vào mắt qua giác mạc, đi qua đồng tử và thấu kính, được tập trung vào võng mạc ở phía sau mắt. Võng mạc chứa hàng triệu tế bào cảm quang chuyên biệt, tế bào hình que và tế bào hình nón. Tế bào hình que chủ yếu chịu trách nhiệm cho thị giác trong điều kiện ánh sáng yếu và không đóng góp vào nhận thức màu sắc. Tuy nhiên, tế bào hình nón được đặc biệt thích nghi với ánh sáng mạnh, rất quan trọng để phân biệt màu sắc.

Con người thường có ba loại tế bào hình nón, thường được gọi là tế bào hình nón L, M và S, do độ nhạy cực đại của chúng đối với các bước sóng ánh sáng dài (đỏ), trung bình (xanh lục) và ngắn (xanh lam) tương ứng. Khi ánh sáng có bước sóng cụ thể chiếu vào võng mạc, nó kích thích các loại tế bào hình nón này ở các mức độ khác nhau. Ví dụ, ánh sáng vàng kích thích mạnh cả tế bào hình nón L và M, trong khi ánh sáng xanh lam chủ yếu kích thích tế bào hình nón S.

Các tín hiệu được tạo ra bởi các tế bào hình nón này sau đó được truyền qua dây thần kinh thị giác đến vỏ não thị giác trong não. Não không chỉ đơn thuần giải thích đầu ra của từng loại tế bào hình nón riêng lẻ. Thay vào đó, nó so sánh và đối chiếu các mức độ kích thích tương đối từ cả ba loại tế bào hình nón. Lý thuyết quá trình đối lập về thị giác màu sắc cho rằng não xử lý thông tin màu sắc theo các cặp đối lập (đỏ - xanh lục, xanh lam - vàng và đen - trắng). Chính quá trình tính toán thần kinh phức tạp này đã xây dựng nên trải nghiệm chủ quan cuối cùng của chúng ta về màu sắc.

Các yếu tố ảnh hưởng đến nhận thức màu sắc

Mặc dù các cơ chế cơ bản được chia sẻ, nhận thức màu sắc của từng cá nhân có thể bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố. Điều kiện ánh sáng xung quanh đóng vai trò quan trọng. Màu sắc của vật thể có thể khác nhau dưới ánh sáng huỳnh quang hoặc ánh sáng mặt trời tự nhiên do sự khác biệt trong thành phần quang phổ của nguồn sáng.

Cấu trúc gen của mỗi cá nhân cũng có thể dẫn đến sự khác biệt, chẳng hạn như chứng mù màu, nơi một hoặc nhiều loại tế bào hình nón có thể bị thiếu hoặc không có, dẫn đến việc không thể phân biệt một số màu nhất định. Hơn nữa, các yếu tố tâm lý và ngữ cảnh, chẳng hạn như trí nhớ, kỳ vọng và các màu sắc xung quanh, có thể thay đổi cách chúng ta nhận biết sắc độ cụ thể. Ví dụ, cùng màu xám có thể xuất hiện sáng hơn hoặc tối hơn tùy thuộc vào việc nó được đặt trên nền đen hay trắng, đây gọi là hiện tượng tương phản đồng thời.

Về bản chất, màu sắc mà chúng ta cảm nhận không phải là thuộc tính cố hữu trong các vật thể, chúng xuất hiện từ chuỗi các sự kiện phức tạp, sóng ánh sáng từ nguồn, sự hấp thụ và phản xạ chọn lọc của vật thể, sự phát hiện các bước sóng cụ thể bởi các tế bào cảm quang chuyên biệt trong mắt chúng ta, cuối cùng là quá trình xử lý và giải thích phức tạp các tín hiệu này của não bộ.

Nói rộng hơn, sự cảm nhận màu sắc không chỉ phụ thuộc vào gen của chúng ta mà còn phụ thuộc vào bản chất của ánh sáng môi trường. Đặc điểm khí hậu và môi trường tạo ra sự đa dạng đáng kể trong thành phần quang phổ của ánh sáng tự nhiên.

Hệ thống thị giác của con người không phải là thụ động, nó liên tục thích nghi với những thay đổi trong ánh sáng môi trường thông qua quá trình được gọi là thích ứng sắc độ. Đây là khả năng của não bộ để duy trì sự ổn định màu sắc của vật thể ngay cả khi ánh sáng chiếu sáng thay đổi. Ví dụ, một tờ giấy trắng vẫn được nhận biết là trắng dù nó được nhìn dưới ánh sáng đèn sợi đốt ấm áp (nhiều đỏ/vàng) hay ánh sáng huỳnh quang lạnh hơn (nhiều xanh lam). Não bộ thực hiện điều này bằng cách hiệu chỉnh điểm trắng của nó dựa trên phân tích quang phổ của ánh sáng môi trường. Khả năng thích ứng này là cơ chế tiến hóa quan trọng, cho phép chúng ta nhận biết màu sắc một cách nhất quán bất kể điều kiện chiếu sáng, điều này đặc biệt hữu ích trong các môi trường thay đổi nhanh chóng hoặc đa dạng về mặt khí hậu.

Có thể nói, màu sắc mà chúng ta trải nghiệm là câu chuyện phức tạp được dệt nên từ di truyền học, vật lý ánh sáng và sự thích nghi thần kinh. Mã di truyền riêng biệt của mỗi cá nhân, đặc biệt là các gen opsin trên nhiễm sắc thể X, định nghĩa phạm vi và độ chính xác của thị giác màu sắc. Sự tương tác đáng chú ý giữa vật lý và sinh học này biến phổ điện từ vô hình thành tấm thảm màu sắc phong phú, rực rỡ, khiến nhận thức màu sắc của chúng ta trở thành hiện tượng đầy kinh ngạc.

×