العلماء يحلون لغز شرودنجر عمره 100 عام حول إدراك الألوان

لقد نجح العلماء أخيرًا في حل الهندسة الخفية وراء كيفية إدراك البشر للون.

يساعد البحث الجديد حول كيفية إدراك البشر للاختلافات اللونية في حل الأسئلة المرتبطة بنظرية اقترحها الفيزيائي إروين شرودنغر لأول مرة منذ ما يقرب من 100 عام. استخدم فريق بقيادة عالمة مختبر لوس ألاموس الوطني روكسانا بوجاك الهندسة لوصف رياضيًا كيف يختبر الناس اللون والتشبع والخفة. النتائج التي توصلوا إليها، والتي تم تقديمها في مؤتمر علوم التصور، تعزز نموذج شرودنغر وتضفي عليه طابعًا رسميًا من خلال إظهار أن خصائص الألوان هذه هي خصائص أساسية لنظام الألوان نفسه.

وقال بوجاك: “ما نستنتجه هو أن صفات الألوان هذه لا تنشأ من بنيات خارجية إضافية مثل التجارب الثقافية أو المكتسبة ولكنها تعكس الخصائص الجوهرية لمقياس الألوان نفسه”. “يقوم هذا المقياس بتشفير مسافة اللون المحسوسة هندسيًا – أي مدى ظهور لونين مختلفين للمراقب.”

من خلال التحديد الرسمي لهذه الخصائص الإدراكية، يعتقد الباحثون أنهم قدموا قطعة مفقودة حاسمة في رؤية شرودنغر طويلة الأمد لنموذج كامل قادر على تحديد درجة اللون والتشبع والخفة بالكامل من خلال العلاقات الهندسية بين الألوان.

الهندسة وراء رؤية اللون البشري

تحتوي عين الإنسان على ثلاثة أنواع من الخلايا المخروطية التي تكتشف اللون، كل منها يضبط بشكل أساسي على الضوء الأحمر والأزرق والأخضر. وهذا يخلق إطارًا ثلاثي الأبعاد يستخدمه العلماء لتنظيم الألوان، يُعرف باسم مساحة اللون. في القرن التاسع عشر، اقترح عالم الرياضيات بيرنهارد ريمان أن هذه المساحات الإدراكية قد تكون منحنية وليست مسطحة. بناءً على هذه الفكرة في عشرينيات القرن العشرين، طور شرودنغر تعريفات رياضية للتدرج اللوني والتشبع والخفة باستخدام نموذج ريماني لإدراك اللون.

لعقود من الزمن، كان عمل شرودنغر بمثابة الأساس لفهم سمات اللون. لكن أثناء تطوير خوارزميات للتصور العلمي، كشف باحثو لوس ألاموس عن نقاط ضعف في البنية الرياضية وراء النظرية. قادت هذه المشكلات الفريق في النهاية إلى إعادة التفكير في إطار العمل وتحسينه.

حل مشكلة المحور المحايد

وكان أحد أكبر التحديات يتعلق بـ “المحور المحايد”، وهو خط الظلال الرمادية الممتد من الأسود إلى الأبيض. تعتمد تعريفات شرودنغر على موضع اللون بالنسبة لهذا المحور، لكنه لم يحدد المحور نفسه رياضيًا أبدًا. وبدون هذا الأساس، يفتقر النموذج إلى أساس رسمي كامل.

كان الإنجاز الأكثر أهمية للباحثين هو تحديد المحور المحايد بالكامل من خلال هندسة مقياس اللون. ولتحقيق ذلك، انتقل الفريق إلى ما هو أبعد من الإطار الريماني التقليدي، مما يمثل تقدمًا مهمًا في الرياضيات التصورية.

قام الفريق أيضًا بتصحيح مشكلتين أخريين في نمذجة إدراك الألوان. أحدهما يتعلق بتأثير Bezold-Brücke، حيث يمكن للتغيرات في شدة الضوء أن تغير الطريقة التي تظهر بها درجة اللون. بدلًا من الاعتماد على هندسة الخط المستقيم، استخدم الباحثون أقصر مسار ممكن عبر مساحة الألوان الإدراكية. لقد طبقوا نفس نهج المسار الأقصر في مساحة غير ريمانية لتفسير العوائد المتناقصة في إدراك اللون بشكل أفضل، حيث يصبح التمييز بين الاختلافات اللونية الأكبر أكثر صعوبة بشكل تدريجي.

تطوير علم التصور

يمثل هذا العمل، الذي تم تقديمه في مؤتمر Eurographics حول التصور، تتويجًا لمشروع أكبر لإدراك الألوان والذي أنتج أيضًا عملاً رئيسيًا ورقة 2022 نشرت في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

إن الفهم الأكثر دقة لإدراك الألوان يمكن أن يكون له تطبيقات واسعة النطاق. يلعب علم التصور دورًا مهمًا في التصوير الفوتوغرافي وتكنولوجيا الفيديو والتصوير العلمي وتحليل البيانات. تساعد نماذج الألوان الدقيقة أيضًا الباحثين على تفسير المعلومات المعقدة بشكل أكثر فعالية، مما يدعم المجالات التي تتراوح من عمليات المحاكاة المتقدمة إلى علوم الأمن القومي. تضع الدراسة أيضًا الأساس لنمذجة الألوان المستقبلية في الفضاء غير الريماني.

المرجع: “هندسة اللون في ضوء الفضاء غير الريماني” بقلم روكسانا بوجاك، وإميلي إن. ستارك، وتيريس إل. تورتون، وجوناه إم. ميلر، وديفيد إتش. روجرز، 23 مايو 2025، منتدى رسومات الحاسوب.
دوى: 10.1111/cgf.70136

التمويل: تم دعم هذا العمل من خلال برنامج البحث والتطوير الموجه للمختبر في لوس ألاموس ومن خلال برنامج المحاكاة والحوسبة المتقدم التابع لإدارة الأمن النووي الوطني.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.