¿Cuál fue la motivación detrás de sugerir la teoría tricromática de la visión?

El artículo de Thomas Young Sobre la teoría de la luz y los colores está en línea en los libros de Google, por lo que puede ver su razonamiento, en la medida en que lo presentó. Aquí está la oración más pertinente de este documento:

Ahora bien, como es casi imposible concebir que cada punto sensible de la retina contenga un número infinito de partículas, cada una capaz de vibrar al unísono perfecto con cada ondulación posible, se hace necesario suponer que el número se limita, por ejemplo, a los tres colores principales, rojo, amarillo y azul.

Sin embargo, este sitio web dice que luego cambió los colores principales o primarios a rojo, verde y violeta.

Así que la propuesta original presumiblemente se basó en el hecho bien conocido (al menos por los artistas) de que el espacio de color sustractivo era tridimensional, con rojo, amarillo y azul como colores primarios.

La revisión a rojo, verde y violeta se explica en la pág. 176-177 del libro de Google al que vinculé anteriormente, y se basó en el ancho de las bandas de los diversos colores en el espectro. No entiendo cómo funcionó este cálculo en absoluto.

Dado que solo los tricromáticos tendrán un espacio de color tridimensional, tenía razón al deducir que había tres receptores de color.

Hay una observación muy básica, que es que el espacio de color perceptivo es tridimensional. Eso es suficiente para hacer muy natural la hipótesis de que hay tres tipos de receptores. Es cierto que si fija tres longitudes de onda, esas tres longitudes de onda no producirán toda la gama de colores del ojo humano cuando las combine de forma aditiva. Sin embargo, la teoría tricromática no predice que la mezcla aditiva de tres longitudes de onda produzca la gama completa, por lo que esto no es evidencia a favor o en contra de la teoría tricromática. (No sé si la gente en la era de Young sabía siquiera sobre la gama incompleta. Supongo que no, porque sus experimentos probablemente eran demasiado toscos).

Aquí está lo que habría sido evidencia que probablemente los hubiera disuadido de formar la teoría tricromática: si hubieran encontrado que la dimensión del espacio de color perceptivo humano era 2 (como lo es para muchos mamíferos) o 4 (como lo es para la mayoría de las aves ).

La razón de la contradicción es que cuando se realizan experimentos de color, es difícil obtener todos los colores percibidos mediante la mezcla de colores aditivos . Lo que hace es presentar un sujeto con una muestra de pintura y hacer brillar los colores en una pared blanca para crear una mancha de color que coincida lo más posible en color.

Si elige tres fuentes de luz de colores que no coincidan perfectamente en su densidad espectral con la curva de absorción del receptor en el ojo, no podrá hacer coincidir exactamente una muestra de pintura arbitraria. Obtendrá un subconjunto del espacio de color. Pero si haces brillar la luz del mismo color en la muestra de pintura , cambias sus emisiones agregándole un color. Agregar un color a la muestra de pintura es como restar el mismo color de la mancha, por lo que este truco le permite mezclar una cantidad negativa de color.

Con coeficientes positivos y negativos, casi tres colores cualquiera podrán llenar todo el espacio visual (la excepción es cuando dos de los colores son perceptualmente indistinguibles, porque excitan los receptores de la misma manera). La tridimensionalidad del espacio significa que el cerebro está recibiendo tres entradas separadas de números reales.

Pero cuando realmente mezcla colores en fotografía o diseño de pantalla, no puede usar números negativos. En este caso, está restringido a coeficientes positivos, y lo mejor que puede hacer es tratar de hacer coincidir la luz de salida lo más cerca posible del receptor en el ojo, por lo que usa un fósforo rojo, verde y azul, o un cian, pigmento absorbente magenta y amarillo.

Pero estos no son suficientes para llenar todo el espacio de color. Entonces, las emulsiones fotográficas compensan agregando más pigmentos, que intentan reproducir el espacio de color tridimensional completo.

rodopsina y tetracromatos

La rodopsina, el principal pigmento absorbente de luz del ojo, es la que se encarga de detectar la iluminación general, el brillo o la oscuridad de una región. La rodopsina tiene su propio pico de absorción, aunque es más amplio que los pigmentos sensibles al color. Para que coincida con la percepción visual con precisión, también necesita una luz de aspecto blanco además de los tres colores que coincidan con precisión con la absorción de rodopsina.

Los artistas tienen dos conjuntos de pigmentos llamados "calientes" y "fríos", que están diseñados para evocar diferentes "temperaturas". Creo que los pigmentos calientes y fríos del mismo tono son muy diferentes en términos de su efecto de rodopsina.

Dos de los receptores de color en el ojo están ubicados en el cromosoma X, y tiene alguna mutación significativa en la población, por lo que los campos receptores son diferentes para diferentes personas. Las mujeres tienen dos cromosomas X diferentes, y algunas mujeres tienen versiones variantes diferentes de estos receptores de color en las dos copias. En teoría, estas mujeres pueden expresar dos tipos diferentes de pigmentos rojos y verdes en el ojo, y si la salida de estos pigmentos diferentes se separa en el procesamiento de la señal por parte del cerebro, y no se promedia, estas mujeres posiblemente podrían detectar colores con 4 diferentes pigmentos, tal vez 5.

Las mujeres que tienen la capacidad de discriminar entre colores adicionales se llaman tetracromáticas, y ha habido dos informes anecdóticos de mujeres tetracromáticas: http://www.post-gazette.com/pg/06256/721190-114.stm . No estoy seguro de si estas pruebas se han replicado, o si las mujeres son tetracromáticas verdaderas, o simplemente más conscientes de la rodopsina o tal vez tienen un pico desplazado para tres receptores, o tal vez nada en absoluto.

@Ben Crowell hizo un comentario correcto sobre la "observación de que el espacio de color perceptivo es tridimensional", pero necesita algo de elaboración. ¿Cómo podría ser evidente para los primeros teóricos, como JW von Goethe, que este espacio tiene dim ≥ 3? En primer lugar, los cambios en la intensidad de una luz que conservan su “composición” (en términos modernos, relaciones entre densidades espectrales) son un lugar común. Varias formas fácilmente observables de atenuación de la luz inducen una estructura natural en el espacio perceptivo: cualquier punto está conectado con "negro ideal" (significa: sin luz visible) con un segmento. En pintura, los puntos de dicho segmento se denominan sombras.con respecto al punto final (no negro), que son reconocidos por nuestra visión como versiones atenuadas de “el mismo color”. Entonces, si excluimos el negro, el espacio perceptivo original hasta los cambios de intensidad forma el espacio de cromaticidad. Matemáticamente hablando, es la proyectivización del espacio vectorial original: cambio de intensidad = multiplicación escalar. Es una multiplicidad de una dimensión menos.

Es obvio cómo se ve el espacio perceptivo unidimensional: una escala de grises. Su espacio de cromaticidad es un punto (variedad de dimensión 0). Uno puede imaginar cómo se ve el espacio perceptivo bidimensional (que en realidad es una condición médica conocida). Su espacio de cromaticidad debe ser un segmento, unidimensional, y debe verse como

(pero no necesariamente con estos colores espectrales dados en los puntos finales).

Pero la mayoría de la gente también contrasta colores y tintes puros (colores pálidos blanquecinos/grisáceos). Vemos, en el espacio de cromaticidad, una rueda de colores con blanco/gris en algún lugar en el medio. Por lo tanto, tenemos no menos de dos dimensiones para la cromaticidad, por lo tanto, al menos tres dimensiones en total.

El significado oculto de una "gama normal de colores" en mi cerebro sugiere que no existe lo normal. Es más bien una respuesta "mezquina" o promedio del "nosotros" colectivo. Nuestras reacciones conforman esa norma, pero individualmente podemos tener una reacción extrema que se absorba en lo normal y se atenúe (juego de palabras).