A fény természetéről sokféle elképzelés született az elmúlt évezredekben. Az idő­számításunk előtti hatodik században élt Püthagorasz még úgy gondolta, hogy a fénysugár az emberi szemből kiindulva tapogatja le a szemlélt tárgyat. A három évszázaddal később alkotó Eukleidész már ismerte a tükröződés geometriáját, a filozófus Epikurosz pedig már azzal is tisztában volt, hogy a tárgyakat azért látjuk, mert vagy világítanak, vagy valamilyen fényforrás fénye verődik róluk vissza a szemünkbe, vagyis a püthagoraszi felfogással ellentétben a fény a tárgyról indul ki. Az időszámításunk utáni első században alkotó Ptolemaiosz megmérte azt az irányváltozást, amelyet két különböző sűrűségű közeg határán áthaladó fénysugár szenved el – ezt nevezzük törésszögnek. Vagy másfél évezreddel később a holland Snellius a fénytörés törvényét matematikai alakba foglalta.

Eukleidész már tisztában volt azzal a festészetben és rajzművészetben régóta alkalmazott ténnyel, hogy a fénysugár a levegőben egyenes vonalban terjed. Ennek geometriáját azonban csak Leonardo da Vinci dolgozta ki a 16. században. Az árnyék képződésének elméletét 1604-ben Johannes Kepler német csillagász tisztázta, aki az egyenes terjedés törvényét először alkalmazta a fény intenzitásának mérésében. A 17. században figyelték meg először a diffrakciót, vagyis a fény behatolását az árnyékos tartományba, és értelmezték az interferenciát, amely például a víz felszínén úszó olajréteg elszíneződését is okozza. Christiaan Huygens holland fizikus munkássága nyomán a 17. század második felére határozott alakban jelent meg a fény hullámértelmezése. Az angol Isaac Newton fedezte fel, hogy a napfény színképre bontható, valamint azt, hogy átlátszó közegben a fény a hullámhosszától függő sebességgel terjed.

A 19. században már tudták, hogy a fény igen nagy, de nem végtelenül nagy sebességgel terjed. James Clerk Maxwell skót fizikus mutatta ki elméleti úton, hogy az elektromágneses hullámok terjedése vákuumban is lehetséges, és hogy e hullámok sebessége megegyezik a fényével. Az elektromágneses hullámok elméletét a fényre kiterjesztve világossá vált, hogy a fény elektromágneses hullám, amelynek hullámhossza igen rövid, csupán 500 nanométer körüli. A 19. század végén és a 20. század elején kísérleti és elméleti vizsgálatokkal bebizonyították, hogy a fénynek vannak a hullámtermészettel összeegyeztethetetlen sajátságai is. Egy ideig úgy vélték, hogy a fény sem a részecskék, sem a hullámok fogalmaival nem írható le pontosan. 1924 után a két felfogást a kvantummechanika segítségével sikerült összhangba hozni. Most már közismert, hogy a fény hullám- és részecsketulajdonságokkal egyaránt jellemezhető. A részecskéket a kvantummechanika a fény kvantumainak, azaz fotonoknak nevezi. A fotonok olyan részecskék, amelyek nyugalmi tömege zérus, üres térben pedig vákuumbeli fénysebességgel mozognak.

Ma már az általános iskolában tanítják, hogy a különböző hullámhosszú fényt a szemünk különböző színűnek látja. A látott szín a tárgyak felületéről visszareflektált spektrumtartomány. Tehát színük nemcsak a festékeknek, azaz a pigmenteknek, hanem a fényeknek is van. A rövidebb hullámhosszak kéknek vagy ibolyának látszanak, a hosszabbak vörösnek. Az elektromágneses sugárzás rendkívül széles tartományából a 100 nanométertől 1 milliméterig terjedő hullámhosszokat sorolhatjuk az optikai sugárzás kategóriájába. Ezen belül a 380 nanométertől 780 nanométer közötti rész kelt az emberi szemben fényérzetet. Valójában csak ezt a sugárzási tartományt nevezzük fénynek. A 100 nanométer és a 380 nanométer közötti elektromágneses sugárzást ultraibolya (UV), a 780 nanométertől 1 milliméterig terjedőt pedig infravörös (IR) sugárzásnak nevezik. Mivel egyik sem képes látásérzetet kiváltani, mindkettőre a láthatatlan optikai sugárzás kifejezést használjuk.

Az emberi szem nem egyforma érzékenységgel reagál a különböző hullámhosszú fényre, azaz a szem érzékenysége a fény hullámhosszától függ. A fényt a retina (recehártya), a szemgolyó belső felületének nagy részét borító fényérzékeny hártya érzékeli. A retina kétféle fotoreceptort tartalmaz, pálcikákat és csapokat, melyek különböző intenzitású fényingerekhez adaptálódnak. (Hihetetlen, de a retina az emberi szervezet leginkább oxigénigényes szövete.) A pálcikák a szürkületben vagy sötétben való, úgynevezett szko­to­pikus látás esetén működnek, ezek fogják fel a gyenge fényingereket. A szinkommunikacio.hu honlap arra is kitér, hogy az emberi szemben körülbelül 120 millió pálcika van. A pálcika fényérzékeny pigmentje a rodopszin, mely már egyetlenegy fotonra is reagál. A csa­pok a világoshoz adaptálódtak, ez az úgynevezett fotopikus látás. A csapok segítségével érzékeljük a színeket, feltéve, hogy a megvilágítás elegendő. Az emberi szemben körülbelül 8 millió csap van.

A külvilágról szerzett információink túlnyomó része a szemünkön keresztül érkezik. Ezek az ingerek színek és formák. A különböző színek különböző emocionális hatást váltanak ki belőlünk. A fekete, a lila (egyes helyeken a fehér) például a gyászt fejezi ki, emellett a színeknek kultikus jelentést is tulajdonítanak. Elegendő itt a különböző vallások színszimbolikájára utalni. A színek preferenciája koronként is változik – említ néhány színnel kapcsolatos érdekességet Nemcsics Ákos, az Óbudai Egyetem professzora, a Magyar Tudományos Akadémia keretében működő Association de la Couleur Magyar Nemzeti Bizottsága (MTA-AIC-MNB) elnöke.

Az ember ősidők óta alkalmazza a színeket – ezt bizonyítják a barlangfestmények. Az őskőkori művészet egyik legfontosabb lelőhelye a spanyolországi Santandertől mintegy 30 kilométerre található Altamira-barlang. Az őskőkori ember bölények, mamutok, szarvasok és vaddisznók élethű, színes képét festette a falakra – a kultikus helyet 1985-ben az UNESCO a világörökség részévé nyilvánította. Az agyagtalajban megtalálták a kovaeszközöket is. A barlangi festmények keletkezésének idejét 15-17 ezer évvel ezelőttre teszik – bámulatos, hogy ennyi idő után is élvezhetők a színek. A barlangrajzoknál alkalmazott festékek elég jól kiállták az idő próbáját. De nem mindenütt van ez így. Sokszor találkozunk azzal a jelenséggel, hogy a színek idővel megfakulnak. Mivel a festékek szerves vagy szervetlen kémiai vegyületek, emiatt például ultraibolya sugárzás hatására átalakulnak, lebomlanak.

A színek tudománya tipikusan interdiszciplináris terület. Foglalkoznak vele a természettudományok (kémia, fizika) és az élettudományok (orvostudomány, biológia, pszichológia) művelői, valamint az építészek, a környezettervezők és a képzőművészek. Az egyes szakmák eredményei hatnak egymásra. Nemcsics Ákos szerint az előbbi okok miatt a színekkel foglalkozó szakemberek interdiszciplináris szakmai szervezetbe tömörülnek – ilyen nemzetközi szakmai szervezet az AIC (Association Internationale de la Couleur).

Az, hogy milyen környezetben érezzük jól magunkat, az élettanilag szükséges körülmények (hőmérséklet, páratartalom stb.) mellett a vizuális komfort határozza meg. A szép környezettel hatni, nevelni lehet, ugyanakkor a „csúnya” környezettől nemcsak pszichésen, de fizikailag is megbetegedhet az ember. A megfelelő komfortot a színekkel is elősegíthetjük. A színes környezettervezés jelentőségét az Óbudai Egyetem professzora egy példával illusztrálja. Ahogy a közlekedésben sem szabad akármilyen járművel részt venni mások biztonsága érdekében, a tulajdonosnak sincs joga akármilyenre színezni a házát, mert azt más is látja, zavarhatja, deformálhatja az ízlését. Erről szól a színes környezettervezés, amit azonban rugalmasan kell kezelni, hiszen a szemünk által látott élmény és az általa kiváltott inger hatására a színlátás az agyban alakul ki egy bonyolult folyamat eredményeként – ami azonban egyénenként eltérő lehet. A többség helyesen látja a színeket, ám a színtévesztők mást látnak. A színtévesztés terén nincs emancipáció. A férfiak esetében mintegy 8 százalék, a nők körében csupán 0,5 százalék a színtévesztők aránya.

A színlátási anomáliának az az oka, hogy a szemünkben lévő különböző spektrumtartományokra érzékeny receptorok nem egyformán érzékenyek. Mivel az emberi szem intenzitásérzékenysége több nagyságrendet átfog, lehetőség van bizonyos esetekben a színtévesztés korrekciójára. Ehhez speciális színszűrőt tartalmazó szemüveg kell. (A szűrést a pszeudoizokromatikus, úgynevezett pöttyös ábrákkal és anomaloszkóppal végzik.) Szükség van ilyen szűrésre, mert számos szakma igényli a megfelelő színlátást – ilyen munkahelyen dolgozik az elektroműszerész, a tűzoltó, a gépjárművezető stb.

A teret önmagában nem tudjuk érzékelni, csak a benne lévő testek, határoló falak által. Sötétben a visszhang adhat valamelyes információt a távolságokra. A denevér is így tájékozódik. Ha nincs tereptárgy, nincs orientációs pont. Vizuális információt világosban az objektumok színei, árnyékai adnak. Az így szerzett információk alapján alkotunk képet a létező valóságról. A kialakított kép az érzékelhető információk segítségével befolyásolható. A színek térérzet-módosító hatása a képzőművészetben régóta ismert – ezt a festők levegőperspektívának nevezik. A festményen a távolságot a geometrikus rövidülés mellett a színek telítettségbeli csökkenésével is kifejezhetik. Élénk színekkel a figyelmet, mérettől függetlenül, az adott objektumra terelhetik. Az ehhez hasonló hatásokat a színes környezettervezésben tudatosan kihasználják. Például egy utcakép megtervezésénél sok mindent kell figyelembe venni. Az épülethomlokzatok méreteit, illetve egymáshoz való viszonyukat, a felületek textúráját, a fény irányát. Egy városképileg fontos épületet színezéssel is hangsúlyossá lehet tenni, míg megfelelő színekkel egy építészetileg kevésbé sikerült épületről elvonható a figyelem. A történelmi városnegyedek színezésekor az autentikusság mellett a szépségre, a harmóniára is törekedni kell – figyelmeztet az Óbudai Egyetem professzora.

A festményen jól látható a levegőperspektíva, a távolságot a színek telítettségének csökkenése is érzékelteti (Hambledon Hill, Dorset, akvarell)

A színeknek térérzet-módosító hatásuk mellett pszichoszomatikus hatásuk is van. Egy szórakozóhely megfelelő színezése (például vörösek alkalmazása) inkább aktivitásra ösztökélő, míg egy kórházi környezet (a zöldek, kékeszöldek alkalmazásával) nyugalmat áraszt, és a tisztaság érzetét kelti. Ugyanígy egy iskola a figyelem összpontosítását kell, hogy elősegítse – ezért ne fessünk vörösre közoktatási intézményt. Egy gyárépületben a színeknek figyelemfelhívó szerepük is lehet (például egy veszélyes üzemben egy veszélyes gépre), de lehet olyan hatása is, hogy a zajt vagy a monotóniát elviselhetőbbé teszi. A színezést úgy kell megoldani, hogy az összhatás megfelelő legyen, azaz jól érezzük magunkat egy ilyen színtervezett környezetben. Az idők során a színes környezettervezés önálló diszciplínává vált, és egyetemeken is oktatják.

Az esztétikai szempontok és a színtervezés fontossága egyre inkább terjed az építtetők körében, de szerencsére megjelent települési szinten is. Nem csak a közízlés igényli az ilyen irányú szakértelmet, illetve tervezést; már a jogalkotásba is bekerült ez a szemlélet. Példaként említhető az óbudai kezdeményezésű giccsadó. Idén januárban derült ki, hogy újfajta helyi adó, úgynevezett giccsadó bevezetésével szeretné elérni Óbuda-Békásmegyer önkormányzata, hogy ne épülhessenek a kerületi szabályozással össze nem egyeztethető lakóépületek azután sem, hogy a kormány az új lakóépületek esetében megszüntette az engedélyeztetési eljárást. A giccsadó hatálya azokra az épületekre terjedne ki, amelyek a főbb építési előírásoknak ugyan megfelelnek, ám a helyi településképi előírásokat már nem veszik figyelembe, megbontva ezzel az utcakép esztétikai egységét, hangulatát. A giccsadó összege akár évi félmillió forint is lehet. Ilyen adó fizetését más önkormányzat is tervezi.

A színekkel, fényekkel kapcsolatos mérnöki ismeretek oktatása nem új keletű. Színes környezettervezést a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Építész Karán, világítástechnikai ismereteket az Óbudai Egyetem Kandó Kálmán Villamosmérnöki Karán tanítanak. Emellett színekkel kapcsolatos oktatás folyik természetesen minden művészeti felsőoktatási intézményben is. A területtel foglalkozó szakemberek egyrészt az Építéstudományi Egyesület Színdinamikai Szakosztályába, a Magyar Képző- és Iparművészek Szövetségének (MKISZ) Interdiszciplináris Szakosztályába, valamint a Világítástechnikai Egyesületbe tömörülnek. Az MKISZ Interdiszciplináris Szakosztálya évente színes környezettervezéssel kapcsolatos szimpóziumot és kiállítást is szervez, az MTA-AIC-MNB pedig kétévente rendez nemzetközi konferenciát. A konferenciákat Japántól az Egyesült Államokig több mint száz résztvevő tiszteli meg. Az Akadémia után az utolsó két találkozónak az Óbudai Egyetem adott otthont.

A színekkel és a színes környezettervezéssel kapcsolatos tudományos kutatás Magyarországon hagyományosan több műhelyben folyik. Ilyen bázis a Magyar Képzőművészek és Iparművészek Szövetsége Interdiszciplináris Szakosztálya, az Építéstudományi Egyesület Színdinamikai Szakosztálya, a legrangosabb, legfontosabb azonban az MTA Association Internationale de la Couleur Magyar Nemzeti Bizottsága. A színekkel foglalkozó hazai szakemberek 1964-ben hozták létre a Magyar Színbizottságot. A testületet 1969-ben Hungarian National Colour Committee (Magyar Nemzeti Színbizottság) névvel az AIC (Association Internationale de la Couleur) felvette tagjai sorába.

Ahhoz, hogy színekkel tervezhessünk, meg kell állapítani a színek közötti összefüggéseket – magyarázza Nemcsics Ákos. A színekkel több tudós és művész is foglalkozott. Megemlíthetjük többek között Leonardo da Vincit, Isaac Newtont, Johann Wolfgang von Goethét, James Clerk Maxwellt, Johannes Ittent, a magyar Aba-Novák Vilmost és Kepes Györgyöt. A színek azonosítására különböző színrendszerek és színgyűjtemények készültek. A színeket alapvetően a három alapszínből keverhetjük ki. Aszerint, hogy fényekről vagy pigmentekről van szó, beszélünk additív vagy szubtraktív színkeverésről. Ezt a tulajdonságot szinte mindegyik színrendszer kiaknázza. Az emberi szem által érzékelt színezetekhez nem feleltethető meg egyértelműen spektrumszín. A legtöbb színrendszerben a színek egy színtestben helyezkednek el, és megfeleltetésükhöz három színkoordinátát használnak. Ezek a színezet, a telítettség és a világosság. A sok színrendszer közül meg kell említeni a Nemcsics Antal fejlesztette Coloriod rendszert, amely az érzet szerinti egyenletes eloszlásával különösen alkalmas a környezettervezési munkák támogatására.

A szubtraktív és additív színkeverés alapja

Azt a laikusok is tudják, hogy a színeknek nagyon sok árnyalatuk van. Ahhoz, hogy ezeket az árnyalatokat rendszerezhessük, pontosan kell tudni azokat mérni és mérőszámokkal ellátni. Sok helyen – egyebek mellett az iparban és a mezőgazdaságban – van erre szükség. A különböző telephelyeken gyártott azonos termékek színeinek is azonosaknak kell lenniük. Egy receptúra alapján színt kikeverni olcsóbb, mint az adott színű festéket szállítani. A nagyüzemi mezőgazdaságban például a termények színeit határozzák meg, és az alapján szelektálnak.

A színek mérése többféle lehet. A vizuális színmérésnél egy összehasonlító ablakban keverik ki optikailag a vizsgálandó színt és hasonlítják össze a mérendővel. Ha azonosnak érzik a két színt, akkor csak leolvassák a beállítás során kapott értékeket. Ezek a leolvasott értékek lesznek a színkoordináták. A színek mérése nemcsak vizuálisan történhet, hanem szenzorokkal is, ilyen mérőműszer a spektro­fotométer. Ha a felület texturált, illetve lokális inhomo­genitások vannak benne, zavarhatja a mérést. Ilyenkor diffúzor, integráló gömb előtét használható.

A festett felületek színein a természetes fényben érzékelt színeket értjük. Mesterséges fényben látott színek nem ugyanazok, mint amit természetes fényben látunk. Ezért is helyeztek különös hangsúlyt a műtermek bevilágítóinak elhelyezésére. A túl erős napfény el­vakít, ebben szintén nem látunk rendesen. Helyesen az északi égbolt szórt fényénél látjuk a színeket. A mesterséges megvilágítás a tűztől az izzólámpán, a lumineszcens fénycsövön és a nagyfrekvenciás energiatakarékos lámpákon át a fényemittáló diódákig (LED) terjed. Hogy egy világító test fénye mennyire közelít a Nap spektrumához, az adott fényforrás színhőmérsékletével jellemezzük. Ennek alapja az a természeti törvény, hogy a testek igen magas hőmérsékleten látható elektromágneses sugárzást bocsátanak ki. A legutóbbi idők nagy szenzációja a kék színű LED (light emitting diode, azaz fénykibocsátó dióda) megalkotása volt. A felfedezésért a japán Akaszaki Iszamut, honfitársát, Amano Hirosit és a szintén japán származású, de az Egyesült Államokban élő Nakamura Sudzsit 2014-ben fizikai Nobel-díjjal jutalmazták. A kék LED kifejlesztésével teljesen új módon nyerhető fehér fény. A fejlesztés alapjaiban alakította át a világítási technológiát. A vörös és zöld fényt kibocsátó diódák ugyanis már sokkal korábban léteztek, ám a díjazottak forradalmi újításainak köszönhetően megszületett a kékfény-kibocsátó dióda, és lehetővé vált a három monokromatikus fényforrás (a vörös, a zöld és a kék) segítségével fehér fényt előállítani.

A LED elektronikus felépítését tekintve olyan, mint egy egyenirányító dióda. A különbség annyi, hogy az elektromosan gerjesztett átmenet sugárzásos rekombinációra képes, magyarázza Nemcsics Ákos. A fent említett LED-ek a periódusos rendszer III. és V. oszlopában lévő elemek vegyületéből előállítható kristályos anyagok. Ezek az anyagok nemcsak két-, hanem többkomponensűek is lehetnek. A dióda által kibocsátott fény a félvezetőanyag összetételétől függ. Felmerül a kérdés: ha már létezett a vörös, a sárga és a zöld fényű LED, akkor mi volt olyan különleges a kék LED elkészítésében, amire olyan sokat kellett várni? Az, hogy ehhez indium-gallium-nitrid félvezető ötvözetet kellett előállítani. Ennek a technológiai problémának a megoldása olyan összetett feladat volt, amelyet fizikai Nobel-díjjal értékeltek. Tavaly az MTA-n zajló Tudomány Világfóruma rendezvény kapcsán az egyik előbb említett Nobel-díjas, Amano Hirosi hazánkba látogatott, és egyebek között megnézte a hazai gallium-nitrid-kutatással kapcsolatos akadémiai kutatólaboratóriumunkat is, említi Nemcsics professzor.

A fénynek többféle megjelenési formája létezik. Általában a természetben észlelhető fény mind hullámhosszában, mind pedig fázisában diszperziót mutat. Az előbb említett LED-ek fénye például speciális, azaz egyféle hullámhosszon emittálnak. Más szóval a LED-ek monokromatikus sugárzást bocsátanak ki. Tovább specializálva ezt a monokromatikus fényt, a fázisokat is összehangolhatjuk. Így keletkezik a lézerfény. Más szóval a lézerek koherens fényt bocsátanak ki. A lézer kapcsán egy magyar vonatkozásra feltétlenül ki kell térnünk. Korát megelőzve, a mai értelemben vett lézer kifejlesztése előtt dolgozta ki Gábor Dénes a koherens sugárzáson alapuló holográfiát, melyért 1971-ben fizikai Nobel-díjat vehetett át. A lézerekkel kapcsolatban egy másik magyar vonatkozás is említésre érdemes. A különleges lézeres laboratóriumok sorában kiemelkedik a hamarosan elkészülő szegedi attoszekundumos lézer (ELI-ALPS), amelynek első ötlete a világot egy évtizeddel megelőzve, Magyarországon fogalmazódott meg. A felülethez kötődő fény a plazmon, mely a fény egy további érdekes megnyilvánulása. Az ezzel kapcsolatos kutatásaiért kapott nemrég rangos elismerést, Charles Hard Townes Distinguished Lecturer Awardot Kroó Norbert akadémikus.

A speciális fényforrásokkal kapcsolatban meg kell még említenünk a szerves fényemittáló diódákat (OLED – organic LED). Speciális, úgynevezett konjugált polimerek doppingolásával változtathatjuk a polimer tulajdonságait, illetve a belőle készült LED fényét. Ily módon készíthetünk színes kijelzőt vagy fehér fényforrást.•