Kuantumun Babasından Renklerin Sırrına: Bir Asırlık Yanılgı Nasıl Çözüldü?
Güzellik bakanın gözündedir, ancak renk öyle değil, ABD’deki Los Alamos Ulusal Laboratuvarı’ndan araştırmacılar yeni bir çalışmada, renk özelliklerinin algılanmasının içsel olduğunu öne sürüyor.
Renkleri nasıl adlandırdığımızdaki farklılıklara ve 2015’teki bir elbisenin rengiyle ilgili internet tartışması gibi tuhaflıklara rağmen, renk ayrımına ilişkin temel algımız kültür veya deneyim gibi dış faktörler tarafından yönlendirilmiyor, diye öne sürüyor çalışma.
Araştırma, diğer biyolojik olayların yanı sıra renk algısını da inceleyen, “Schrödinger’in kedisi” düşünce deneyiyle ünlü fizikçi Erwin Schrödinger’in çalışmalarına dayanıyor.
Yeni çalışmanın yazarları, renk algısı çalışmalarının sonuçlarını geometrik bir çerçeve içinde birleştirerek, Schrödinger’in ton, doygunluk ve açıklık için matematiksel tanımlarında eksiklikler buldular. Sadece onun çalışmalarına dayanmakla kalmayıp, bu belirsizlikleri çözdüler ve bir asırdan fazla bir süre sonra onun çalışmasını tamamlamaya yardımcı oldular.
“Vardığımız sonuç şu ki, bu renk nitelikleri kültürel veya öğrenilmiş deneyimler gibi ek dışsal yapılardan kaynaklanmıyor, aksine renk ölçümünün kendi içsel özelliklerini yansıtıyor,” diyor baş yazar ve veri bilimcisi Roxana Bujack.
“Bu ölçüm, algılanan renk mesafesini geometrik olarak kodluyor; yani iki rengin bir gözlemciye ne kadar farklı göründüğünü,” diye ekliyor Bujack.
İnsanlarda, retinadaki üç tip renk algılayan koni hücresine dayanan trikromatik renk görüşü vardır. Her bir fotoreseptör hücresinin hassasiyeti farklı bir dalga boyunda zirve yapar ve biz bu hücreler tarafından üretilen sinyal güçlerinin kombinasyonlarını renk spektrumunu algılamak için kullanırız.
Bu süreç bize üç boyutlu renk uzayları veya renk organizasyonları sağlar. Bu algısal uzaylar, duyusal algılarımızı çevremizdeki dünyanın temsillerine dönüştürdüğümüz zihinsel alemler gibidir.
19. yüzyılda matematikçi Bernhard Riemann, renk algısal alanlarımızın düz değil, eğri olduğunu öne sürdü; bu fikir, kendi adını taşıyan diferansiyel geometri dalında kök salmıştı.
Öklid uzayında iki nokta arasındaki en kısa mesafe düz bir çizgi iken, Riemann geometrisi genellikle iki nokta arasındaki yerel olarak en kısa yolun (jeodezik) düz olmadığı eğri yüzeylere odaklanır.
Fizikçi Hermann von Helmholtz, Riemann metriğinde (belirli manifoldları veya yüzeylerin daha yüksek boyutlu analoglarını incelemek için kullanılan matematiksel bir araç) yalnızca en yakın benzerliğe dayanarak bireysel renk özelliklerini geometrik olarak tanımlamanın mümkün olduğunu öne sürdü.
1920’lerde Schrödinger, renk algısının Riemann modelini kullanarak ton, açıklık ve doygunluk gibi algısal nitelikleri tanımladı. Tanımları, bir rengin nötr eksene göre konumuna veya siyah ve beyaz arasındaki gri tonlarının gradyanına dayanıyordu.
Bu tanımlar, takip eden yüzyıl boyunca büyük ölçüde kabul gördü ve renk özelliklerini anlamamız için bir çerçeve sağladı. Ancak yeni çalışmanın yazarları, bilimsel görselleştirmeler için algoritmalar üzerinde çalışırken, Schrödinger’in çalışmasında sorunlar buldular.
“Biraz eleştiriyle, Schrödinger’in renk özelliklerine ilişkin geometrik formülasyonu, deneylerde gözlemlenen bazı olgularla çelişmesine rağmen, özünde günümüze kadar hayatta kalmıştır,” diye yazıyorlar.
Schrödinger’in, renk özelliklerinin tanımlarını renklerin nötr eksene göre konumlarına dayandırmasına rağmen, nötr ekseni hiçbir zaman resmi olarak tanımlamadığını belirtiyorlar.
Ekibin yürüttüğü renk algısı deneylerinden elde edilen sonuçlar: İkinci ve dördüncü sütunların renkleri eşleşirse, nötr eksene en yakın algılanan renk, en kısa yolun sonundaki renkle örtüşür. (LANL)
Renk algısının matematiğini ilerletme fırsatını sezen araştırmacılar, Schrödinger’in çalışmasını bir asırdan fazla bir süre sonra tamamlamayı hedeflediler.
Bunu, Riemann modelinin dışında çalışmayı gerektiren renk metriğinin geometrisine dayalı olarak nötr ekseni tanımlayarak başardılar.
Araştırmacılar ayrıca başka önemli düzeltmeler de yaptılar. Örneğin, Schrödinger’in görüşü, değişen ışık yoğunluğunun algılanan bir renk tonu değişikliğine neden olduğu bir fenomen olan Bezold-Brücke etkisini açıklayamıyordu.
Bujack ve meslektaşları, bir renk ile siyah arasındaki uyaran kalitesinin düz çizgi tanımını, algısal renk uzayındaki en kısa jeodezik yolla değiştirerek bu durumu düzelttiler.
Ayrıca, büyük renk farklılıklarını küçük renk farklılıklarının toplamından daha az algılama eğilimimizi ifade eden renk algısında azalan getirileri de hesaba kattılar.
İlgili bir 2022 makalesinde, aynı araştırmacıların çoğu, renk farklılıklarını modellemek için geliştirilmiş yöntemlere duyulan ihtiyacı belirterek, bu etkinin “Riemann geometrisinde var olamayacağını” savundu.
Yeni çalışmayla, Riemann dışı uzayda rengi modellemek için yeni bir çerçeve ortaya koyuyorlar.
Araştırmacılar, “Çözümlerimiz, Helmholtz’un vizyonunun ilk kapsamlı gerçekleşmesini sağlıyor: dışsal yapılara dayanmaksızın, tamamen algısal benzerlik ölçütünden türetilen ton, doygunluk ve açıklığın biçimsel geometrik tanımları” diye yazıyorlar.
Kaynak: https://www.sciencealert.com
Schrödinger’in Kedisi Gerçek mi Oluyor? Kuantum Fiziğinde Büyük Sıçrama!