Фотоны различаются по длине волны: чем выше частота (и энергия) фотона, тем короче его волна. Поскольку разные вещества (например, гемоглобин и хлорофилл) испускают фотоны с разной длиной волны, способность различать световые лучи с разной длиной волны имеет важное приспособительное значение: очевидно, что живое существо, издалека видящее пятно хлорофилла (то есть, например, лес) или гемоглобина (то есть кровь) имеет явные преимущества.
Человек различает разные длины волн в виде субъективного ощущения цвета; это называется цветовым зрением. Соответствие цветов и длин волн приведено на рис. 17.4. Видно, что:
¾ самой большой длине волны (то есть самой низкой частоте и энергии фотонов) соответствует красный цвет, самой короткой (наибольшей частоте и энергии фотонов) — фиолетовый;
¾ цвета между красным и фиолетовым располагаются в известной последовательности красный—оранжевый—желтый—зеленый—голубой—синий—фиолетовый («Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан»);
¾ наш глаз воспринимает длины волн только в диапазоне 400—700 нм. Фотоны с длиной волны выше 700 нм относятся к инфракрасному излучению, мы воспринимаем их в форме тепла. Фотоны с длиной волны ниже 400 нм относятся к ультрафиолетовому излучению,они из-за своей высокой энергии способны оказывать повреждающее действие на кожу и слизистые; после ультрафиолетового идет уже g-излучение (рентгеновское).
Фоторецепторами, отвечающими за цветовое зрение, являются колбочки. Палочки обеспечивают лишь черно-белое зрение.
Цветовое зрение возможно потому, что разные колбочки обладают разной спектральной чувствительностью, то есть разной чувствительностью к фотонам разной длины волны (это обусловлено тем, что в разных колбочках содержатся разные зрительные пигменты). Различают колбочки трех видов:
¾ колбочки синего цвета;
¾ колбочки зеленогоцвета;
¾ колбочки красного цвета.
Кривые спектральной чувствительности этих трех видов колбочек приведены на рис. 17.4. Видно, что эти кривые перекрываются, поэтому мы воспринимаем не только три основных цвета (синий, зеленый и красный), но и все промежуточные цвета.
Цвет кодируется соотношением между возбужденными колбочками разного типа. Например, чисто красному цвету соответствует возбуждение только колбочек красного цвета, желтому — примерно одинаковое соотношение между количеством возбужденных колбочек красного и зеленого цветов и пр.