راز ۱۰۰ ساله شرودینگر درباره دیدن رنگها بالاخره حل شد
دانشمندان پس از نزدیک به یک قرن موفق شدند یکی از قدیمیترین معماهای مرتبط با درک رنگ در نظریههای فیزیکدان مشهور اروین شرودینگر را حل کنند؛ دستاوردی که میتواند درک علمی از نحوه ادراک رنگ توسط انسان را متحول کرده و کاربردهای گستردهای در تصویربرداری، فناوری نمایشگرها، تحلیل داده و علوم بصری داشته باشد.
به گزارش ساینس دیلی، پژوهشگران به سرپرستی روکسانا بوجاک از آزمایشگاه ملی لسآلاموس توانستهاند ساختار هندسی پنهانی سیستم ادراک رنگ انسان را بهصورت ریاضی توصیف کنند. این تحقیق نشان میدهد ویژگیهایی مانند فام (Hue)، اشباع رنگ (Saturation) و روشنایی (Lightness) نه حاصل عوامل فرهنگی یا تجربیات یادگرفتهشده بلکه بخشی ذاتی از ساختار ادراک رنگ در مغز انسان هستند.
بوجاک در توضیح این یافتهها گفت: نتیجهای که به آن رسیدیم این است که این ویژگیهای رنگی از ساختارهای بیرونی مانند فرهنگ یا یادگیری ناشی نمیشوند بلکه بازتابی از ویژگیهای درونی خود سیستم سنجش رنگ هستند. این ساختار هندسی در واقع فاصله ادراکی رنگها را رمزگذاری میکند؛ یعنی مشخص میکند دو رنگ تا چه اندازه برای چشم انسان متفاوت به نظر میرسند.
تکمیل رویای قدیمی شرودینگر
این پژوهش در حقیقت ادامه ایدهای است که شرودینگر حدود ۱۰۰ سال پیش مطرح کرده بود. او در دهه ۱۹۲۰ تلاش کرد با استفاده از هندسه و ریاضیات مدلی کامل برای توضیح درک رنگ انسان ارائه دهد؛ مدلی که بتواند تنها بر اساس روابط هندسی میان رنگها مفاهیمی مانند فام، اشباع و روشنایی را تعریف کند، اما نظریه او با وجود تأثیرگذاری گسترده، دارای کاستیهای ریاضی مهمی بود که هیچگاه بهطور کامل حل نشدند. اکنون تیم لسآلاموس میگوید موفق شده بخش گمشده این چارچوب نظری را پیدا کند و مدل شرودینگر را بهصورت دقیقتر و کاملتر بازسازی کند.
مغز چگونه رنگها را میبیند؟
چشم انسان دارای سه نوع سلول مخروطی حساس به نور است که عمدتا به طول موجهای قرمز، سبز و آبی واکنش نشان میدهند. این سه نوع گیرنده پایه شکلگیری چیزی را میسازند که دانشمندان آن را فضای رنگ مینامند؛ فضایی سهبعدی که همه رنگهای قابل درک انسان در آن جای میگیرند.
در قرن نوزدهم ریاضیدان آلمانی برنهارت ریمان پیشنهاد کرد که چنین فضاهایی ممکن است خمیده باشند نه کاملا تخت و اقلیدسی. شرودینگر نیز بعدا با تکیه بر همین ایده مدل ریاضی خود برای ادراک رنگ را توسعه داد.
حل مشکل محور خنثی
یکی از مهمترین مشکلات نظریه شرودینگر مربوط به چیزی بود که محور خنثی نامیده میشود؛ خطی فرضی که طیف خاکستری را از سیاه مطلق تا سفید کامل توصیف میکند.
در مدل شرودینگر جایگاه هر رنگ نسبت به این محور اهمیت اساسی داشت اما خود این محور هرگز بهصورت دقیق ریاضی تعریف نشده بود. همین نقص باعث میشد کل مدل از نظر ریاضی ناقص باقی بماند.
اکنون پژوهشگران توانستهاند این محور را صرفا بر اساس هندسه فضای ادراک رنگ تعریف کنند. برای انجام این کار آنها از چارچوب سنتی هندسه ریمانی فراتر رفتند و از ساختارهای پیچیدهتر هندسی استفاده کردند؛ اقدامی که به گفته پژوهشگران پیشرفتی مهم در ریاضیات تجسمسازی علمی محسوب میشود.
توضیح دو پدیده پیچیده در ادراک رنگ
این تیم تحقیقاتی همچنین دو مشکل شناختهشده دیگر در علم ادراک رنگ را اصلاح کرده است. یکی از این موارد اثر بزوُلد-بروکه است؛ پدیدهای که در آن تغییر شدت نور میتواند باعث شود رنگها متفاوت دیده شوند. برای توضیح این اثر پژوهشگران بهجای استفاده از خطوط مستقیم هندسی از مفهوم کوتاهترین مسیر در فضای ادراکی رنگ استفاده کردند.
آنها همین روش را در فضایی غیرریمانی نیز به کار گرفتند تا پدیده دیگری را توضیح دهند: اینکه هرچه تفاوت میان دو رنگ بیشتر شود تشخیص اختلاف بیشتر میان آنها برای انسان دشوارتر میشود؛ موضوعی که به بازده نزولی در ادراک رنگ معروف است.
کاربردهای گسترده در فناوری و علم
این پژوهش در کنفرانس Eurographics Conference on Visualization ارائه شده و بخشی از پروژه بزرگتری درباره ادراک رنگ است که پیشتر نیز مقالهای مهم در سال ۲۰۲۲ در نشریه علمی Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر کرده بود.
دانشمندان معتقدند درک دقیقتر از نحوه ادراک رنگ میتواند کاربردهای وسیعی در حوزههایی مانند عکاسی دیجیتال، فناوری ویدئو، نمایشگرها، تصویربرداری علمی، تحلیل دادههای پیچیده، شبیهسازیهای پیشرفته و حتی علوم امنیت ملی داشته باشد.
به گفته پژوهشگران این دستاورد همچنین راه را برای توسعه مدلهای جدید ادراک رنگ در فضاهای هندسی پیچیدهتر و غیرریمانی در آینده هموار میکند.
انتهای پیام/
