1.1 El enigma de la luz
Thomson, el descubridor de los electrones y premio Nobel de Física, decía que “el estudio de la luz ha derivado en logros de la intuición, la imaginación y el ingenio que no tienen parangón en ningún otro campo de la actividad mental”. Pero, a pesar de tanto logro, la naturaleza de la luz sigue planteando enigmas que desafían al sentido común e incluso a la física moderna.
Como en tantas otras cosas, los primeros en avanzar una hipótesis sobre su naturaleza fueron los filósofos griegos, que creían que los rayos de luz estaban formados por chorros de diminutos corpúsculos. Mucho más tarde, alrededor del año 1.700, dos grandes físicos, el holandés Cristian Huygens y el inglés Isaac Newton, lanzaron sendas teorías sobre la naturaleza de la luz. Ambas eran sólidas y consistentes, pero completamente opuestas. Huygens defendía, como los griegos, que se trataba de chorros de corpúsculos y Newton creía que no eran corpúsculos sino ondas, como las de que produce una piedra al caer sobre un estanque.
La teoría de Newton fue aceptada inmediatamente por el mundo científico, pero requería que todo el espacio interestelar estuviese inundado de una sustancia que permitiese la propagación de las ondas. Durante casi dos siglos se buscó esa sustancia invisible, a la que se le llamó “éter”, sin encontrar el menor rastro. El enigma lo resolvió el escocés Maxwell en la segunda mitad del siglo XVIII, al demostrar que la luz era una onda electromagnética y que estas ondas se pueden desplazar en el vació sin necesidad de ningún medio que les sirva de soporte.
Este parecía ser el aldabonazo definitivo a la teoría de las ondas, pero pronto volvieron a surgir las dudas. Einstein reconocía en un famoso artículo publicado en 1905, que si bien la teoría ondulatoria era perfecta, había fenómenos, como los fotovoltaicos, que solo se podían explicar con la teoría de los corpúsculos, ahora bautizados como fotones. La posición actual de la Física es que la luz tiene la incómoda y perturbadora propiedad de comportarse unas veces como ondas y otras como corpúsculos.
Para el estudio del color resulta más conveniente considerar la primera alternativa, es decir la de las ondas electromagnéticas, a pesar de que para profundizar en la respuesta de los fotopigmentos de la retina resulte más adecuada la teoría de los fotones.
Las ondas electromagnéticas se parecen a las producidas al caer una piedra en un estanque. La distancia entre dos picos consecutivos se denomina “longitud de onda”. Esta longitud, que en el estanque es de unos centímetros, en el caso de la luz es mucho más corta y se suele medir en milimicras. Los rayos infrarrojos, las microondas, las ondas de radio y las señales de televisión, también son ondas electromagnéticas, sólo se diferencian de la luz en que son más largas. En cambio los rayos ultravioleta y los rayos X también son ondas electromagnéticas de longitud más corta que la de luz. Si pudiésemos alargar la longitud de una onda luminosa la convertiríamos en una onda de radio y si la acortásemos la transformaríamos en rayos X.
1.2 Como se crea la ilusión del color
El plantel de grandes pensadores que dedicaron parte de su vida al desarrollo de la teoría del color es realmente asombroso. Entre ellos se encuentran dos de los tres más grandes físicos de toda la historia, Newton y Maxwell, el gran filósofo Shopenhauer, el genio de las letras alemanas Goethe, el premio Nobel de química Wilhelm Ostwald y el de medicina George Wald. Probablemente ninguna otra rama del saber pueda presumir de una lista así. Pero, a pesar de los esfuerzos de tanta mente genial, aún tenemos muchas preguntas sin respuesta.
El punto de partida de la ciencia del color fue el conocido experimento de los prismas de cristal realizado por Newton en 1966, del que el genial físico extrajo las siguientes conclusiones:
· El color no procede de los objetos, como se pensaba hasta entonces, sino de la luz que los ilumina.
· La luz está compuesta por una amplia gama de ondas y cada una de ellas tiene un color distinto que depende de su longitud (Fig.1.2). Esta gama, que el llamó “espectro”, se puede dividir en seis colores básicos: rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta.
Fig.1.1 Al atravesar un prisma de cristal la luz se descompone en ondas de distintas longitudes, cada una con un color distinto.
Fig. 1.2 Los colores básicos del espectro son, en orden creciente de longitudes de onda: violeta, azul, verde, amarillo, naranja y rojo. El magenta no existe en el espectro, se obtiene al mezclar los dos colores extremos: rojo y violeta
Actualmente, gracias al esfuerzo de muchos investigadores de distintas especialidades, sabemos que la formación del color de una superficie se produce en tres pasos distintos:
1. Cuando un rayo de luz solar, compuesto por toda la gama de ondas del espectro, incide sobre una superficie, algunas de las ondas son absorbidas y otras son reflejados hacia el exterior (Fig.1.3).
2. La retina recoge las ondas reflejadas y, a través del nervio óptico, envía datos sobre ellas al cerebro.
3. El cerebro necesita esos datos para completar su conocimiento del mundo exterior. Pero la información que le llega sobre las ondas emitidas por los objetos del campo visual es enormemente abundante y compleja, así que para facilitar su manejo marca las superficies con un código de colores, dependiendo de las longitudes de onda que reflejen.
Las ondas tienen una existencia física pero el color no; el color sólo existe en nuestras cabezas. El mundo exterior es un mundo gris que el cerebro “colorea” para que nos resulte más fácil de entender. Nosotros también utilizamos los códigos de colores para facilitar la interpretación de datos complejos; por ejemplo en los mapas marinos se pinta de distinto color cada uno de los niveles de profundidad de las aguas. Lo mismo hace el cerebro: pinta de distintos colores cada uno de los niveles de longitud de onda.
Cuando una superficie no refleja ninguna onda, el cerebro la colorea de negro. Si, por el contario, refleja ondas en toda la gama de longitudes, la colorea de blanco. Hay quien dice que el blanco y el negro no son colores, por no corresponder a ninguna longitud de onda concreta. Pero tanto uno como otro son “convenciones” utilizadas por el cerebro para facilitarnos la comprensión del mundo exterior y en ese sentido no se diferencian en nada de cualquiera de los restantes colores.
Acostumbrados a ver un mundo de hermosos colores, no es fácil admitir que solo se trata de una ficción, que en realidad ni las rosas son rojas ni el mar es azul. Pero pensemos que en la oscuridad de la noche las rosas siguen siendo las mismas y sin embargo su color ha desaparecido.
Al ser el color una creación del “software” del cerebro, no tiene porqué seguir exactamente las leyes de la Física. Por eso, algunos aspectos de la percepción del color pueden variar de persona a persona y depender del estado de ánimo o de experiencias personales anteriores.
1.3 El ojo y la teoría tricromática
Como acabamos de explicar, el cerebro colorea el mundo que nos rodea a partir de las ondas electromagnéticas que detecta nuestra retina. El ojo humano no recoge todas las ondas que recibe, sólo capta las comprendidas entre las 400 y las 700 milimicras, que es lo que se conoce como “espectro visible”. No todos todas las especies animales captan las mismas longitudes, sino que han adaptado su sensibilidad a aquellas que le son más útiles para su supervivencia. Por ejemplo, las abejas pueden captar longitudes muy cortas porque son las que les sirven para detectar el polen.
El primero en emitir una hipótesis sobre el sobre el mecanismo empleado por la retina para detectar una gama tan amplia de ondas fue Tomás Young en 1802. Este polifacético científico inglés, conocido entre otras cosas por ser unos de los dos egiptólogos que descifraron la piedra Rosetta , llegó a la conclusión de que era imposible que la retina tuviese sensores para detectar todas y cada una de las longitudes de onda comprendidas entre las 400 y 700 milimicras. Para resolver este problema propuso la llamada Teoría Tricromática , según la cual nuestros ojos solo detectan tres longitudes de onda, o sea tres colores, y a partir de ellos el cerebro “mezcla” todos los demás. Estos tres colores, llamados “primarios biológicos”, son el rojo, el verde y el amarillo.
Hoy día se sabe que en la retina, mejor dicho una minúscula hendidura de la retina llamada “fóvea”, existen dos tipos de células sensibles a la luz: los bastones y los conos. Los primeros son sensibles a la luz de muy baja intensidad y por tanto resultan muy útiles para la visión nocturna, pero no los trataremos aquí porque no participan en la formación del color. Los responsables del color son los conos. La fovea tiene unos 5 millones de este tipo de células, que se dividen en tres tipos, denominados S, M y L. Tal y como suponía la teoría tricromática, cada uno de ellos es especialmente sensible a una determinada longitud de onda (ver Fig 1.3).
No es que cada uno de los tipos (S, M y L) sea sensible exclusivamente a una sola longitud de onda. Si fuese así, una luz azul de 470 milimicras no sería visible porque no la detectarían ni los S (445 milimicras) ni los M (540 milimicras); pero en la Fig.2.x se puede ver que ambos captan la señal (Fig. 1.5) aunque sea muy levemente, y el cerebro hace el resto.
Como nadie se dejaría extirpar o neutralizar parte de sus conos para ver cómo cambia su percepción de los colores, los investigadores sólo pueden realizar experimentos indirectos. Por eso nuestros conocimientos sobre este tema aún son bastante limitados. Incluso puede que algunos de ellos sean completamente erróneos. De hecho teoría que acabamos de explicar, conocida también como de Young-Helmholtz, no es la única actualmente aceptada. Algunos fenómenos ópticos, como las imágenes residuales, se explican mejor mediante la llamada teoría de los Procesos Antagónicos propuesta a finales del XXVIII por el austriaco Hering.
Mientras que la Teoría Tricrómatica supone que sólo hay tres colores primarios biólogicos, la de Hering asegura que son seis y que están agrupados en tres pares antagónicos: rojo-verde, amarillo-azul y blanco-negro. De tal forma que cuanto más rojo sea un color, más se aleja del verde y cuanto más amarillo más lejos estará del azul.
Esta teoría también parte del hecho de que el ojo sólo tiene tres tipos de conos, pero supone que están ligados entre sí para detectar los pares antagónicos que acabamos de mencionar.
1.4 Conclusión
Para saber como es el mundo a nuestro alrededor, nos valemos de las ondas de luz reflejadas por los objetos que nos rodean. Pero manejar directamente longitudes de onda sería demasiado complejo y engorroso, por eso la parte inconsciente de nuestro cerebro nos facilita la tarea aplicando un sencillo código de colores a todo ese raudal de información.
No es cierto que los murciélagos sean completamente ciegos, pero si lo fuesen y tuviesen que construir su imagen del mundo exterior únicamente a partir del eco reflejado por sus propios gritos, probablemente esa imagen tuviese colores, porque su cerebro también necesitará, igual que el nuestro, un código de colores que le ayudase a clasificar y entender la avalancha de ondas acústicas recibidas.
En la formación del color intervienen por tanto tres tipos completamente distintos de fenómenos:
- Físicos: reflexión de las ondas electromagnéticas
- Fisiológicos: respuesta de los conos de la retina a las ondas recibidas
- Psíquicos: coloración atribuida por el cerebro a partir de la información recibida de los conos.
De los primeros lo sabemos casi todo, de los segundos sabemos muy poco y de los últimos no sabemos prácticamente nada. No es por tanto de extrañar que aún tengamos bastantes preguntas sin respuestas, ni tampoco que algún día se demuestre que son falsos algunos de los conceptos que ahora damos por buenos.
Tabla 1.1 Principales contribuciones a la teoría del color
Autor | Publicación | Conceptos introducidos |
Isaac Newton, 1642-1726 | Óptica. 1704 | Newton es el físico más notable de todos los tiempos. Autor, entre otras muchas cosas, de la ley de la gravedad y del cálculo diferencial. Descubrió que los colores procedían de las ondas de la luz y creo el primer mapa de colores (circulo de Newton). |
Johann Wolfgang van Goethe, 1749-1832 | Aprendizaje del Color. 1810 | El gran poeta alemán dedicó buena parte de su vida al estudio del color. A pesar de lo controvertido de algunas de sus teorías, fue el primero en describir las sombras complementarias. Influyó sobre el ingles Turner y sobre los impresionistas |
James Clerck Maxwell (1831-1879) | Teoría de la Visión del Color. 1859 | Junto con Newton y Einstein forma el trío de los grandes genios de |
Michel Eugene Chevreul, 1786-1889 | Principios de la armonía y del contraste de colores y sus aplicaciones a las artes. 1839 | Químico francés, descubridor del colesterol entre otras muchas sustancias. Jefe de tintes en la fábrica textil de los Gibelinos. Su manual sobre los contrastes de color tuvo una gran influencia sobre los pintores impresionistas. |
1831-1902 | Cromática Moderna. 1879 | Físico y acuarelista americano. Empleó los conceptos de hue, cromatismo (saturación) y valor que ya habían sido apuntados por Maxwell. Fue el primero en explicar las diferencias entre mezclas sustractivas y aditivas. Los divisionistas o puntillistas postimpresionistas, como Georges Seurat y Paul Signac, se basaron en sus teorías. |
Albert H. Munsell 1858-1918 | Un sistema de notación de los colores. (1905) y Atlas de colores. (1915). | Profesor de arte americano. Creo un mapa de color basado en los parámetros de: cromatismo, pureza (saturación) y valor. |
CIE (Comission Internationale de l'Eclairage) | Estándar CIELAB | Comisión Internacional de |
Lawrence Herbert | Sistema Pantone. | Creador en 1963 del sistema Pantone de emparejamiento cromático |
