Historia pewnej sukienki
Cofnijmy się o kilkaset tysięcy agresywnych komentarzy, czyli do początku historii. W czwartek 26 lutego szkocka piosenkarka wrzuca do serwisu Tumblr [1] zwykłe – wydawałoby się – zdjęcie sukienki. Pyta, jaki ma kolor: biało i złoty czy niebieski i czarny, bo zauważa, że wzbudziło to kontrowersję u jej znajomych. Gdyby spór dotyczył tego, czy jest ecru czy perłowa nikt by się tym nie zainteresował – ale żeby dyskutować, czy czarne jest złote, a białe niebieskie?! Kuriozum, absurd… Jak nie pomyśleć, że to żart?
Po rosnącym poziomie agresji komentarzy internetowych widać, ile osób traktowało to jako wygłup. Tymczasem jedni naprawdę widzieli biel tam, gdzie inni widzieli błękit, co potwierdzają wyrastające jak grzyby po deszczu ankiety. W serwisie BuzzFeed do tej pory 2,3 miliona (!) osób odpowiedziało się, że sukienka jest biało-złota (68 proc. respondentów), a 1,1 miliona (32 proc.), że czarno-niebieska [2].
Co na to naukowcy? Wyjaśnienie wymagało pomocy specjalistów neurofizjologii, percepcji i kognitywistyki. Merytoryczny film zamieszczony przez ASAP Science w piątek szybko zdobył 500 tysięcy wyświetleń, w sobotę popołudniu – gdy o sukience opowiadaliśmy podczas półfinału FameLab w Centrum Nauki Kopernik – ponad 5 mln, a dziś przekroczył 14,5 miliona [3]. Jakie wyjaśnienie oferuje nam nauka? Kto ma rację? Każdy. I nikt. Tak to bywa, ze źle postawionym pytaniem, że można na nie odpowiedzieć dowolnie i mieć rację.
Dlaczego pytanie jest źle postawione?
Bo miesza dwa światy: Świat „zewnętrzny”, czyli fizyczny, obiektywny i taki sam dla każdego z nas sygnał, docierający do naszych zmysłów, z subiektywnym światem „wewnątrz”, czyli ze światem naszej interpretacji tego sygnału, naszych wrażeń. Zmysły są oknem na rzeczywistość, ale fundamentalnym błędem w metodologii jest bezkrytyczne ufanie im. Każdy naukowiec dobrze wie, że musi znać zasadę działania przyrządu pomiarowego, żeby móc ocenić poprawność jego wskazań. Jak szczegółowo znamy mechanizm percepcji?
W powszechnym odbiorze błędnie traktujemy „kolor” jako parametr fizyczny opisujący obiekt. To nieprawda! Żeby postrzegać kolory, potrzebujemy trzech rzeczy: światła (sygnału), oczu (detektora tego sygnału) i czegoś, co nam ten sygnał zinterpretuje – czyli mózgu. Wiele kontrowersji rodzi się właśnie na gruncie tego, że zapominamy, że kolory, które postrzegamy na co dzień to jedynie interpretacja rzeczywistości, a nie jej obiektywne odwzorowanie. Ale zacznijmy od początku tej długiej drogi, jaka jest między światłem a kolorem.
Jeszcze ze szkoły pamiętamy, że do naszych oczu dociera światło (fala elektromagnetyczna) odbite od przedmiotów, a pochodzące ze Słońca lub sztucznych źródeł. Pamiętamy, że światło białe składa się z różnych długości fali (intencjonalnie nie nazywamy ich tu „kolorami”!), a własności materiału decydują o tym, które długości zostaną pochłonięte, a które się odbiją.
Oko jak aparat fotograficzny
Aby zrozumieć problem widzenia, spójrzmy na analogię między naszym systemem widzenia a aparatem fotograficznym. Nikt nie powie, że obiektyw robi zdjęcia, tak jak nikt nie powinien mówić, że widzimy tylko soczewką i źrenicą. Element światłoczuły – matryca CCD/CMOS lub światłoczułe cząsteczki (retinal) ukryte w czopkach w siatkówce – to też tylko etap pośredni. To przetwornik, który zamienia kwanty światła na impulsy elektryczne przewodzone ścieżkami do mikroprocesora lub nerwami wzrokowymi w głąb mózgu. Dopiero tu z tych sygnałów powstaje obraz. Tu nasza analogia się rozjeżdża – ponieważ obróbką zdjęcia z aparatu zajmiemy się post factum na komputerze. Tymczasem nasz mózg podkręca parametry „obrazu” na bieżąco. Jakie parametry?
Robiąc zdjęcie aparatem, zawsze ustawiamy balans bieli. Może się to dziać automatycznie, lub możemy to robić manualnie. Niezależnie od sposobu, nasz aparat otrzymuje ustawienia, przy których biała kartka papieru będzie wyglądać na białą, niezależnie od rodzaju oświetlenia. Ustawienia te musimy zmienić w zależności od tego, czy zdjęcie robimy wewnątrz pomieszczenia, gdzie często mamy do czynienia z żółtawym, sztucznym światłem, czy na zewnątrz, gdzie światło jest bogatsze w komponent niebieski. Jeśli z ustawieniami balansu bieli nastawionymi wewnątrz wyjdziemy na zewnątrz i zrobimy zdjęcie, to otrzymamy przekłamane kolory w kierunku niebieskiego. Przedstawiliśmy to na fotografiach [FOTO 1 i 2]. Słusznie jest zadać sobie pytanie: czy to samo dzieje się w naszym mózgu?
Odpowiedź brzmi: owszem. Tylko że w kontekście mózgu nazywamy go dostosowaniem barwnym (ang. color constancy). Proces tak naturalny, że nie przykuwa naszej uwagi. Mózg, w przeciwieństwie do aparatu, ustawia sobie balans bieli w trybie automatycznym i praktycznie natychmiastowym. Na tyle szybkim, że trudno jest nam go wyłapać i nigdy wychodząc ze skąpanego w sztucznym świetle domu na słoneczne podwórko nie doświadczamy widzenia świata w niebieskich odcieniach.
Po co nam dostosowanie barwne i skąd się wzięło?
Musimy pamiętać, że widmo światła, jakie dociera do nas na powierzchni Ziemi zmienia się w ciągu dnia – z dominujących błękitów w zenicie, po czerwienie i żółcie przy zachodzie [4]. A jeśli zmieniamy kolor światła, którym oświetlamy przedmiot, to będziemy ten przedmiot postrzegać inaczej? To zależy, jaki to przedmiot. Jeśli jest to coś, co dobrze znamy – np. dojrzały banan (nasze pożywienie) – to niefortunne byłoby widzieć go inaczej rano, a inaczej wieczorem – musimy wziąć poprawkę na to, jakiego koloru jest oświetlenie i wprowadzić korektę percepcji koloru.
Dodatkowo kolor dojrzałego banana jest nam dobrze znany od dziecka i mózg może z łatwością odwołać się do tych doświadczeń, ułatwiając sobie proces kalibracji. Jeśli to przedmiot, który mniej znamy, to zawsze mamy problem z określenia jego koloru za pierwszym razem (przykład: wybiegamy ze sklepu na zewnątrz, żeby zobaczyć jakiego koloru jest kupowane ubranie). Zatem rozwiązaniem zagadki sukienki jest pytanie: w jakim świetle widziana jest sukienka? To podstawowa wielkość, względem której nasz mózg opisuje pozostałe wielkości.
Oświetlenie, a dostosowanie barwne
Takie przerysowane dostosowanie barwne naszej percepcji można pokazać jeszcze na innym przykładzie. Na stronie zamieściliśmy zdjęcia kolorowych cieni z lampy, którą skonstruowaliśmy. Jeśli na rękę świeciliśmy tylko światłem białym, cień powstaje w miejscu, gdzie światło napotyka przeszkodę w postaci naszego ciała. Na zdjęciu [FOTO 3] do białego światła dodajemy światło niebieskie. Powstaje cień szary w miejscu, gdzie światło jest przesłaniane z obu lamp, a cień niebieski tam, gdzie przesłaniane jest tylko światło białe i cień… tak, żółty! Skąd żółty? Przecież nie mamy światła żółtego w tym eksperymencie.
Cień żółty powstaje w miejscu, gdzie nie dociera światło niebieskie. Ale nasz mózg już zmierzył, że ma do czynienia ze światłem mocno kolorowym i wprowadził korektę. Po części zebrał sygnał ze zmęczonych niebieskim oświetleniem umieszczonych w siatkówce czopków. Zintensyfikował w tym czasie sygnał od pozostałych, czerwonych i zielonych, a z połączenia tego sygnału powstaje właśnie żółty! Analogicznie na obrazku [FOTO 4] świecimy białym i czerwonym światłem (eksperyment można powtórzyć w domu z lampkami od roweru). Powstają cienie szary, czerwony i… cyjanowy, połączenie zintensyfikowanego sygnału z czopków niebieskich i zielonych. Ten cyjanowy, a wcześniej żółty, to kolor charakterystyczny dla każdego z nas. Będzie miał inny odcień w zależności od struktury oraz wrażliwości dna oka każdego człowieka.
Rozwiązanie zagadki sukienki
Zagadka rozwiązana – nasz mózg najpierw próbkuje kolor oświetlenia, w jakim się znajduje oglądany obiekt. Potem dopiero wnioskuje na temat postrzeganych kolorów. Pytanie, które bulwersuje cały świat od kilku dni nie powinno zatem brzmieć: „jakiego koloru jest sukienka”, ale „jakiego koloru jest oświetlenie, w którym fotografowana jest sukienka”.
Jeśli wydaje Ci się, że zdjęcie zrobiono na zewnątrz (co sugeruje górny prawy róg zdjęcia), to interpretujesz kolory jak w słoneczny dzień w cieniu, czyli jest ona biało-złota. Jeśli jednak Twój mózg zinterpretował obraz jako zrobiony w pomieszczeniu (jak sugeruje dolny prawy róg zdjęcia), to widzisz sukienkę jako niebiesko-czarną. Prawdopodobnie nie byłoby kontrowersji, gdyby na obrazku znalazł się przedmiot, którego kolor zna nasz mózg. Gdyby koło sukienki leżał np. banan, nasz mózg skalibrowałby się na jego żółć i nikt nie miałby wątpliwości, że sukienka jest niebiesko-czarna. Problem pojawił się dlatego, że nikt z nas nie widział tej kreacji wcześniej, a Caitlin McNeill miała niesamowite szczęście, że zrobiła perfekcyjnie iluzoryczne zdjęcie.
[1] http://swiked.tumblr.com/post/112073818575/guys-please-help-me-is-this-dress-white-and
[2] http://www.buzzfeed.com/catesish/help-am-i-going-insane-its-definitely-blue#.wq6ArGrm3
[3] https://www.youtube.com/watch?v=AskAQwOBvhc
[4] https://www.granicenauki.pl/nie-wyszlismy-jeszcze-z-oceanow-25907
Tekst jest jednym z efektów programu Rzecznicy nauki, zorganizowanego przez Centrum Nauki Kopernik i Fundację British Council. Program umożliwia nawiązanie współpracy pomiędzy popularyzującymi wiedzę naukowcami, a dziennikarzami zajmującymi się sprawami nauki.