Но при современном развитии науки и промышленности этого далеко не достаточно. Техника вообще предпочитает пользоваться точными цифрами, а не словами, в толковании которых всегда будет присутствовать большая или меньшая неопределенность. Поэтому возникла и развилась специальная отрасль оптики — колориметрия, занимающаяся количественными методами определения цветов и законами их образования. В основу колориметрии положены точные знания определенных свойств цветового зрения человека. Она опирается на законы образования цветов в глазу человека, установленные многочисленными и многократно проверенными исследованиями.

Однако не надо спешить с описанием этих законов. Продолжим еще разговор о цветах.

Прежде всего следует отметить, что в колориметрии белый, черный и все промежуточные цвета, отсутствующие в спектре, столь же равноправны, как и все остальные. Правда, они составляют особую категорию так называемых ахроматических цветов (буквально — цветов, не имеющих цвета). Вся гамма серых цветов может быть получена смешением черного и белого в различной пропорции. В принципе эта гамма содержит бесконечное число цветов, но наш глаз может различить в ней около 300 градаций, что тоже не мало.

Любая поверхность, которая одинаково (плохо или хорошо) отражает все составляющие солнечного спектра, имеет ахроматический цвет. В равных условиях освещения поверхность, отражающая больше лучей, кажется светлее менее отражающей. Самой белой будет поверхность, покрытая окисью магния или бария, — она отражает до 98 процентов падающего света. Чистый белый снег (иногда выпадает снег, имеющий оттенок) на ее фоне покажется сероватым, он отражает всего лишь 85 процентов, а такая белая краска, как цинковые белила, и того меньше— всего 70–75 процентов. Очень черными кажутся поверхности, покрытые пористой сажей, но еще чернее — черный бархат; некоторые сорта его отражают не более 0,3 процента падающего света. Чернее бархата только черное тело — специальное устройство, о котором упоминалось в предыдущей главе[14].

Все цвета, кроме белого, черного и серых, составляют группу хроматических (цветных) цветов. Ее, в свою очередь, можно разделить на две подгруппы: в первую войдут спектрально чистые тона, или монохроматические, цвет которых определяется только одной длиной волны; во вторую — сложные, составленные из нескольких монохроматических цветов. Таких цветов — большинство. А вернее сказать, бесконечно много. Недаром живописцы утверждают, что в природе вообще не бывает двух совершенно одинаковых цветов.

Как установили ученые, все это многообразие может быть получено смешением исходных чистых тонов.

Чтобы яснее это представить, можно с помощью очень простого прибора провести несколько весьма интересных опытов. Для изготовления прибора надо взять небольшой кусок чисто вымытого и отполированного зубным порошком стекла и кусочек черного бархата.

Не беда, если бархата не окажется, вместо него можно воспользоваться книгой в черном матовом переплете. Кроме стекла и бархата, понадобятся также кусочки белой бумаги, раскрашенные акварельными красками в следующие цвета: красный, оранжево-красный, желтый, желто-зеленый, голубовато-зеленый, синий и фиолетовый. Краску следует наносить как можно ровнее по нескольку раз, давая просохнуть предыдущему слою.

Вид прибора показан на рисунке.

Простейший прибор для аддитивного образования цветов. Перед стеклом и сзади него следует положить раскрашенные листы бумаги (лучше всего их класть на черный бархат); в стекле будет виден результирующий цвет.

Принцип действия его заключается в том, что с помощью стекла удается совместить потоки света (и изображения) от двух участков поверхности и направить их в глаза наблюдателя. Один из участков поверхности лежит за стеклом; мы видим его потому, что стекло прозрачно. Второй участок находится перед стеклом; его изображение попадает в глаза наблюдателя, отразившись, как в зеркале, от передней поверхности стекла. Обычно оно отражает не более 10 процентов падающего света. Поэтому поток отраженного света будет значительно слабее потока, приходящего из-за стекла, но это поправимо.

С помощью прибора мы можем смешивать лучи света двух различных цветов. Источниками света будут служить раскрашенные листки бумаги. Нам известно, что листок синего цвета отразит синие лучи, листок желтого — желтые, и так далее.

Расположите листки так, чтобы их изображения, видимые в стекле, накладывались друг на друга. Затем попробуйте наклонять стекло на себя. Этим вы увеличите количество отраженного света и уменьшите количество проходящего света.

Таким образом, меняя наклон стекла, можно смешивать два цвета в самых разнообразных пропорциях.

Освоившись с методикой опыта, обратите внимание на изменение цвета совмещенного изображения. Для сравнения сместите листки друг относительно друга так, чтобы на каждом из них оставались неперекрытые участки. Тогда вы увидите в стекле одновременно два исходных цвета и результат их смешения.

Для начала положите за стеклом красный листок, а перед ним — белый.

Когда стекло установлено перпендикулярно к основанию, отражение от белого света мало, зато красный свет проходит почти полностью. Поэтому цвет, видимый в стекле, получается ярким и чистым, особенно если листки лежат на черном бархате.

Такой яркий цвет в колориметрии называется насыщенным или чистым[15].

При увеличении доли белого света результирующий цвет становится все более белесым, все более блеклым. Чистота его уменьшается по мере увеличения наклона стекла. Подобные же результаты получатся, если опыты повторять с листками других цветов.

На основании этих опытов придем к выводу, что смешение белого света с хроматическим приводит к уменьшению чистоты или насыщенности цвета. При изменении чистоты меняется и цвет. Как и в случае смешения черного с белым, создается целая гамма цветов, отличающихся друг от друга только чистотой. Но, хотя цвета в этой гамме и различны (и их бесконечно много), основной цветовой тон не зависит от количества добавляемого белого света — тон остается неизменным.

Теперь уже можно наметить некоторые параметры, характеризующие каждый отдельный цвет в такой гамме.

Вот они: цвет исходного тона и чистота цвета. Если мы по-прежнему будем обозначать цветовой тон только словами, то это будет недостаточно понятно. Поэтому исходный цветовой тон всегда связывают с длиной волны. Тогда все становится совершенно определенным. Так, цветовой тон λ = 400 миллимикронам означает, что из группы фиолетовых тонов выбран такой, длина волны которого равна названной.

Что касается чистоты цвета, то она дается в процентах и показывает, сколько единиц светового потока белого света и сколько единиц светового потока с заданным цветовым тоном содержится в получившемся при смешении цвете.

Что произойдет, если смешивать два хроматических тона?

Это можно выяснить с помощью нашего прибора. Для начала заменим белый листок желтым. Результирующие цвета в зависимости от наклона стекла будут меняться от красного к желтому, проходя через разные оранжевые оттенки. Такой результат не удивителен. Едва начав рисовать, мы уже знаем, что желтый и красный цвета, смешиваясь, дают оранжевый.

Но во всех ли случаях интуиция и опыт позволят предугадать новые цвета?

Попробуйте предсказать, какие получатся цвета, если смешивать:

Красный и синевато-зеленый.

Оранжево-красный и голубовато-зеленый.

Желтый и синий.

Желто-зеленый и синий.

Зелено-желтый и фиолетовый.

Лучше при этом записать свои предположения, особенно если опыт проводится не в одиночестве, и лишь потом проверить на приборе. Проводя проверку, следует каждый раз так подбирать наклон стекла, чтобы получающийся новый цвет не содержал исходных цветов. Опыт надо проводить крайне тщательно и без всякого предубеждения к результатам. Их тоже следует записать.