Белый, солнечный цвет – это смесь семи цветов радуги (чистых цветов).  Любой цвет (цветовой оттенок) – это смесь нескольких чистых цветов (цветов радуги). Наше зрение воспринимает цвета и их оттенки, а наш мозг их обрабатывает. Вне нашего сознания существует реальный свет (солнечный). А что и как воспринимает из реального света наше зрение и наш мозг? Этой проблемой занимались многие выдающиеся ученые.

Цвета радуги (спектра) – чистые цвета.

Цвета спектра появляются в результате преломления солнечного (белого) цвета призмой.

Рисунок 1. Цвета спектра, которые появляются при разделении белого света призмой, могут снова быть соединены в белый свет с помощью второй призмы.

Рисунок 2. Цвета радуги.

Красный, Оранжевый, Жёлтый, Зелёный, Голубой, Синий, Фиолетовый
Для запоминания цветов радуги полезно запомнить мнемоническое правило:
Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан.
Ниже приведем соответствие слов мнемонического правила и цветов спектра (радуги):
Каждый — Красный
Охотник — Оранжевый
Желает — Жёлтый
Знать — Зелёный
Где — Голубой
Сидит — Синий
Фазан — Фиолетовый
Некоторые цвета можно получить, смешав несколько чистых цветов. Например желтый.

Два вида желтого.

Желтый – один из цветов радуги и спектра. Спектральный желтый является чистым цветом.

Рисунок 3. Сочетая лучи красного, зеленого и синего спектра, мы получаем множество воспринимаемых особым образом цветов, включая желтый и белый. Цвет, воспринимаемый в данном случае как белый, значительно отличается от белого солнечного света

Если соединить спектральный (чистый) красный и спектральный (чистый) зеленый, то  получится не спектральный (чистый), но вполне убедительный цвет, который человеческий глаз воспринимает как желтый (см. рисунок Полученный таким образом желтый, очень отличается от спектрального желтого, как физическая сущность, хотя оба этих цвета воспринимаются человеческим глазом, как идентичные.
Точно так же, можно получить вполне убедительный для восприятия белый, смешав только три спектральных цвета – красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue). Но если пропустить такой «белый» луч сквозь призму, то получится не полная радуга, а лишь три линии: красная (Red), зеленая (Green) и синяя (Blue). Как физическая сущность, этот луч значительно отличается от солнечного света, но человеческое зрение воспринимает и то и другое одинаково.

Разные комбинации спектральных цветов могут выглядеть одинаково.

Смешивание цветовых лучей и пигментов краски.

Результаты, которые получаются при смешивании нескольких разноцветных лучей света (как показано на рисунке), полностью отличаются от результатов, которые получаются при смешении пигментов краски тех же цветов. Смешивают пигменты, когда перемешиваются краски или накладываются друг на друга карандашные штрихи.
Когда соединяются цветные лучи света, то просто складывается свет, который эти лучи света содержат.
С красками все иначе. Мы обычно видим краски, например во время рисования, в отраженном солнечном свете (или каком-то близком искусственном заместителе). Цвет, который мы видим в отраженном свете, зависит от того, какие спектральные цвета отбирают, или поглощают пигменты во время отражения лучей света. Когда вы во время рисования смешиваете две краски, вы складываете способности поглощения обеих этих красок. Добавление цветов в качестве лучей и добавление цветовой абсорбции (за которую отвечают пигменты) – очень разные вещи. Например, можно получить черный (отсутствие отражения), если смешать достаточное количество различных пигментов, но нельзя добиться этого же, комбинируя лучи света различных цветов. Поэтому не должно быть ничего удивительного в том, что существуют совершенно разные правила для комбинации лучей света и для смешивания пигментов различных цветов. Сложение лучей в принципе проще и физически более фундаментально, чем смешивание пигментов.

Что может наше зрение.

Наше зрение – это всего лишь серия моментальных снимков, каждый из которых делается со временем выдержки, примерно в 1/25 секунды. Наш мозг заполняет промежутки между этими моментальными снимками, чтобы создать иллюзию непрерывности. Этот факт используется в кино и телевидении: если изображение обновляется достаточно быстро, то человек не чувствует, что оно является последовательностью кадров или серией быстрых обновлений пикселей.

Комбинация трех основных цветов.

Можно использовать спектральный красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue) в правильной пропорции, чтобы получить оранжевый, розовато-лиловый, зеленовато-желтый, красновато-коричневый, небесно-голубой, цвет темного пиона или любой другой желаемый цвет. Тремя основными цветами не обязательно должны быть красный, зеленый и синий (RGB: Red, Green, Blue – распространенная аббревиатура, использующаяся в компьютерной графике, в фото– и видеотехнике) – вполне подойдут любые три, в том числе и комбинации цветов, при условии, что они независимы. (Если один из выбранных основных цветов может быть представлен как комбинация двух других, то он не дает никаких новых возможностей.)

Три основных цвета необходимы для получения любых цветов. Но если ограничиться двумя основными цветами – не важно какими, – тогда, смешивая их, невозможно получить большую часть цветов.
Иначе говоря, мы можем обозначить любой воспринимаемый цвет, указав, сколько красного, зеленого и синего взято для того, чтобы получить его. Это полностью аналогично тому, как мы можем определить место, сказав, насколько далеко от нас оно находится в направлениях север – юг, восток – запад и по вертикали. Обычное пространство – это трехмерный континуум, и таким же является пространство воспринимаемых цветов.
Возможность синтезирования всех воспринимаемых глазом цветов, путем смешивания лишь только трёх чистых цветов широко применяется в современной цветной фотографии, телевидении и компьютерной графике. Например, в цветной фотографии используется три вида светочувствительных красителей. На компьютерных мониторах – три вида источников цветного света. Когда вам обещают «миллионы цветов» на экране, это относится к миллионам различных способов совместить относительную интенсивность этих источников. Другими словами, берутся миллионы различных точек, но все – внутри трехмерного пространства (256х256х256).

Что такое свет.

Что же такое свет?  В то время как само изображение содержит информацию о том, что происходит в пространстве, свет говорит о том, что происходит во времени. Говоря определенно, свет дает нам информацию о быстрых изменениях в электромагнитных полях, которые достигают наших глаз.
Максвелл описывает свет таким образом: “Чем же тогда является свет в соответствии с электромагнитной теорией? Он состоит из знакопеременных быстро повторяющихся, поперечно направленных магнитных возмущений, сопровождаемых электрическими смещениями. При этом направление электрического смещения находится под прямым углом к магнитному возмущению, и оба они – под прямыми углами к направлению луча”.

Рисунок 4. «Моментальный снимок» электромагнитной природы света. Электрические поля показаны красными стрелками, а магнитные поля – синими. С течением времени этот комплекс возмущений движется вдоль направляющей на юго-восток – со скоростью света!

Чистые электромагнитные волны с длиной волны в определённом узком диапазоне – примерно от 370 до 740 нанометров – это и есть исходный материал для человеческого зрения. Они соответствуют чистому свету, выявленному Ньютоном в спектре при помощи призмы. В музыкальных терминах, человеческое зрение занимает одну октаву (длина волны удваивается один раз). Каждый спектральный цвет соотносится с определённой  длиной волны.
Почти все солнечное электромагнитное излучение, которое проникает сквозь атмосферу Земли, сконцентрировано вблизи видимой части спектра; таким образом, это самая полезная часть, с точки зрения населяющих Землю существ, и поэтому они приспособились воспринимать именно ее.
Дает ли наше восприятие возможность в полной мере пользоваться этим ресурсом? Нет. Никоим образом.
Из каких частей состоит сигнал, поступающий в наши глаза? Ответ на этот вопрос имеет два аспекта, которые достаточно сильно отличаются. Первый – пространственный. Сигнал содержит информацию о направлении лучей света, идущих от различных предметов. Мы используем эту информацию, чтобы формировать изображения. Другой – цветовой аспект. Он содержит информацию иного рода. Мы можем воспринимать черно-белые изображения, а можем иметь цветные образы (в крайних случаях – просто сплошные цвета, застилающие глаза), которые не создают изображений.
Наши глаза 25 раз в секунду делают моментальный кадр, а наш мозг создает из них иллюзию непрерывного кино. Эта конструкция лежит в основе нашего повседневного чувства потока времени. В процессе получения света для этих снимков – как говорят фотографы, за время экспозиции – свет просто накапливается, или интегрируется. Поскольку свет, поступающий в разное время в течение одного временного интервала, смешивается, информация о времени прибытия конкретной порции света внутри каждого интервала теряется.
Цвет, который мы ощущаем, – это способ сохранения очень полезной информации о временнóй микроструктуре сигнала, которая не теряется в процессе усреднения. Цвета дают нам информацию об изменении электромагнитных полей в куда меньшие временные интервалы, порядка 10^–14…10^–15с, т. е. за несколько миллионных долей от миллиардных долей – секунды! Поскольку предметы в повседневной жизни не могут двигаться так быстро или делать что-то заметное в такие крошечные интервалы времени, два вида временнóй информации – тот, который зашифрован в переходах от одного моментального снимка к другому, и тот, который зашифрован в цветах, – действуют независимо.
Например, когда мы воспринимаем чистый спектральный желтый, наши глаза говорят нам, что входящие электромагнитные волны – это чистые волны, которые повторяются примерно 520 000 000 000 000 (520 триллионов) раз в секунду. Когда мы воспринимаем спектральный красный, сообщение гласит, что повторения происходят 450 000 000 000 000 (450 триллионов) раз в секунду.
Вернее, наши глаза могли бы сказать нам такие вещи, если бы они не объединяли предполагаемое сообщение «спектрального желтого», с большим числом других возможных комбинаций, которые также выглядят  желтыми, а предполагаемое сообщение «спектрального красного» с (другим) большим количеством комбинаций, которые выглядят красными. Реальное сообщение, которое они передают, остается неопределенным, потому что множество возможных входных данных, имеют один и тот же выход.
То есть, пространство цветовой информации бесконечномерно, но человек воспринимает как цвет, лишь трехмерную поверхность, на которую проецируются эти бесконечные измерения. Так же, человеческий глаз не видит разницы между различными поляризациями света.

Рецепторы цвета.

В середине XX в., биологи исследовали молекулярную природу человеческого зрения. Главный результат исследований – информацию о цвете извлекают три вида белковых молекул (родопсины). Когда свет натыкается на одну из этих молекул, есть определённая вероятность того, что молекула поглотит единицу света (фотон) и изменит форму. Изменение формы вызывает небольшой импульс электричества, который является информацией, которую, в свою очередь, наш мозг использует, чтобы конструировать наше чувство зрения.

Вероятность того, что отдельная единица света будет поглощена, зависит и от его спектрального цвета, и от свойств молекулы-рецептора. Один вид рецепторов охотнее поглощает свет из красной части спектра, другой выходит на пик формы на зеленой, а третий – на синей, хотя эта их настройка не является узкой (см. рисунок 5). При обычном уровне освещенности, имеется множество фотонов и случается много поглощений. Поэтому названные вероятности переводятся в три точные меры мощности, которую содержит падающий свет, усредненные по трем различным спектральным диапазонам. Так человеческое зрение оказывается чувствительным не только к общему количеству поступающего света, но также к его составу. Если это спектральный красный свет, он будет стимулировать действие чувствительных к красному рецепторов сильнее, чем других, и в результате получится совершенно иной сигнал, нежели от спектрального синего света (который, разумеется, больше всего стимулирует чувствительные к синему рецепторы).
В то же время любой вид падающего света, у которого есть одна и та же способность стимулировать каждый из трех видов рецепторов, – другими словами, который дает те же самые три средневзвешенных значения, – будет «увиден» любым цветовым рецептором точно так же и, следовательно, приведет к точно такому же зрительному восприятию. Нужно взять три числа, чтобы получилось совпадение.
У млекопитающих, как правило, слабое цветовое зрение. Красный цвет плаща тореадора нужен для зрителей-людей, а не для быка, потому что быки воспринимают только оттенки серого. Собаки видят двумерное пространство цветов.
Страдающие цветовой слепотой (дальтонизмом) люди, видят только двумерное пространство воспринимаемых цветов. У них отсутствует один из видов белковых рецепторов или имеются мутировавшие белки, которые плохо различают цвета. Цветовая слепота реже поражает женщин, но среди мужчин она достаточно широко распространена – примерно каждый двенадцатый мужчина в северной Европе имеет ее. Существуют женщины, которые видят четырехмерное цветовое пространство – тетрахроматы. У них есть дополнительный цветовой белок, который является мутацией обычного. Они могут различать комбинации спектральных цветов, которые большинство людей воспринимают, как неотличимые. Эта способность встречается очень редко и не очень хорошо изучена.
При низкой освещенности все мы начинаем страдать цветовой слепотой. Цвет входит в наш мир восприятия с восходом солнца и уходит, когда оно садится.
Люди очень высококачественно заполняют свое трехмерное цветовое пространство. Мы способны различать соседние точки в этом пространстве и таким образом испытывать миллионы отдельных цветовых ощущений.
Свет, излученный Солнцем и дошедший до нас после взаимодействия с веществом, содержит информацию об этом веществе, закодированную в нем электронами последнего. Иначе – цвет предметов зашифровывает в себе информацию о том, из чего они сделаны.

Источники информации.

Фрэнк Вильчек (лауреат Нобелевской премии по физике). Красота физики: Постигая устройство природы.  Пер. с англ. М.: Альпина нон-фикшн, 2016. – 604 с.