Mắt nhìn thấy màu nhờ ba loại tế bào nón trong võng mạc, mỗi loại nhạy nhất với một vùng bước sóng ánh sáng khác nhau; não so sánh mức phản ứng của ba loại này rồi "tô" ra màu bạn thấy. Nói cách khác, quả xoài không mang màu vàng trong nó. Nó phản xạ mạnh một số bước sóng, mắt ghi nhận tỉ lệ ấy, và màu vàng là cách não diễn giải tỉ lệ đó.
Bài này đi từ ánh sáng đến võng mạc rồi lên não, giải thích vì sao có người mù màu, vì sao ta nhìn trong bóng tối chỉ thấy xám, và vì sao những bức ảnh ảo giác làm cả lớp cãi nhau. Đây là bài khoa học phổ thông; nếu bạn hay con thấy nhìn mờ, nhìn đôi, chói mắt bất thường hay thay đổi thị lực đột ngột, hãy đi khám mắt.
Ánh sáng, bước sóng và chuyện "màu" không có sẵn trong vật
Ánh sáng nhìn thấy được chỉ là một dải hẹp trong phổ sóng điện từ, đại khái từ khoảng 400 đến 700 nanomet. Bước sóng ngắn ở đầu này ta cảm nhận là tím, xanh lam; bước sóng dài ở đầu kia là đỏ. Ngoài dải đó còn tia cực tím và tia hồng ngoại, mắt người không thấy nhưng một số loài thì thấy, chẳng hạn nhiều loài côn trùng nhìn được tia cực tím trên cánh hoa.
Ánh nắng ban ngày là hỗn hợp gần như đủ mọi bước sóng nhìn thấy, nên ta cảm nhận là trắng. Khi chiếu lên một chiếc lá, chất diệp lục hấp thu mạnh phần đỏ và lam để quang hợp, phản xạ nhiều phần ở giữa, nên lá trông xanh lục. Chiếc lá không "có màu xanh" theo nghĩa chứa sắc tố xanh tô sẵn; nó chỉ trả lại một phần ánh sáng nhất định.
Từ đây có một hệ quả thú vị: cùng một vật dưới ánh đèn khác nhau sẽ phản xạ hỗn hợp ánh sáng khác nhau. Áo trắng dưới đèn sợi đốt vàng thực ra phản xạ nhiều ánh vàng cam, vậy mà ta vẫn thấy là trắng. Não tự trừ đi màu của nguồn sáng, khả năng mà các nhà khoa học gọi là hằng định màu sắc. Nó giúp ích trong đời sống, nhưng cũng là gốc của nhiều ảo giác.
Đường đi của ánh sáng trong mắt: giống máy ảnh và khác máy ảnh
Ánh sáng vào mắt đi qua giác mạc, lớp trong suốt phía trước, rồi qua đồng tử, lỗ tròn đen giữa lòng đen. Mống mắt quanh đồng tử co giãn để chỉnh lượng ánh sáng vào, giống khẩu độ của máy ảnh: ra nắng đồng tử thu nhỏ, vào chỗ tối thì mở rộng. Sau đồng tử là thể thuỷ tinh, một thấu kính có thể thay đổi độ cong nhờ các cơ nhỏ bám quanh, giúp lấy nét vật ở gần hay ở xa.
Giác mạc và thể thuỷ tinh cùng hội tụ ánh sáng thành một hình ảnh nhỏ, lộn ngược trên võng mạc. Ta không thấy thế giới lộn ngược vì não diễn giải tín hiệu theo kinh nghiệm, chứ không "xem" hình trên võng mạc như xem một tấm ảnh. Khi nhãn cầu dài hơn hay ngắn hơn một chút so với độ hội tụ, hình rơi trước hoặc sau võng mạc, gây nhìn mờ ở xa hoặc ở gần. Đó là ý nghĩa vật lý của cận thị và viễn thị; việc đo và chỉnh kính là việc của cơ sở nhãn khoa.
Khác máy ảnh ở chỗ mắt chỉ thấy rõ một vùng rất nhỏ ở giữa tầm nhìn, nơi tập trung tế bào nón. Mắt liên tục đảo nhanh nhiều lần mỗi giây để quét những chỗ quan trọng, và não ghép các mảnh lại thành cảm giác một khung cảnh rõ nét liền mạch. Bức tranh bạn tưởng mình đang thấy trọn vẹn thực ra được ráp từ nhiều lần liếc cộng với rất nhiều phần não tự điền.
Tế bào que và tế bào nón: hai đội làm việc theo ca
Võng mạc, lớp mỏng lót mặt sau nhãn cầu, có hai loại tế bào cảm quang chính. Chúng chuyển ánh sáng thành tín hiệu thần kinh rồi gửi qua dây thần kinh thị giác về não.
| Đặc điểm | Tế bào que | Tế bào nón |
|---|---|---|
| Số lượng | Rất nhiều, ước tính hơn trăm triệu mỗi mắt | Ít hơn nhiều, vài triệu mỗi mắt |
| Nhạy sáng | Rất nhạy, hoạt động trong ánh sáng yếu | Cần ánh sáng đủ mạnh |
| Thấy màu | Không phân biệt màu | Ba loại, nhạy với bước sóng ngắn, trung bình và dài |
| Vị trí | Dày ở vùng rìa võng mạc | Tập trung ở hoàng điểm, giữa tầm nhìn |
| Hệ quả đời thường | Đêm tối chỉ thấy hình khối xám; liếc chéo dễ thấy sao mờ hơn nhìn thẳng | Đọc chữ nhỏ, xâu kim phải nhìn thẳng vào vật |
Đó là lý do khi đi từ ngoài nắng vào phòng tối, phải mất một lúc mắt mới thích nghi: tế bào que cần thời gian để tái tạo sắc tố nhạy sáng. Người ngắm sao thường tránh nhìn đèn trắng một thời gian trước khi quan sát cũng vì vậy.
Ba loại tế bào nón tạo ra hàng triệu màu thế nào
Mỗi loại nón nhạy với một vùng rộng, chồng lấn nhau. Ba loại nón thường được gọi tắt là nón đỏ, lục, lam, nhưng thực ra chúng nhạy nhất ở bước sóng dài, trung bình và ngắn, và vùng nhạy của chúng chồng lên nhau khá nhiều. Một bước sóng bất kỳ làm cả ba loại phản ứng ở mức khác nhau.
Não đọc tỉ lệ chứ không đọc từng tín hiệu. Ánh vàng làm nón bước sóng dài và trung bình cùng phản ứng mạnh, nón ngắn rất ít. Não nhận tổ hợp đó và gọi là vàng. Vì vậy màn hình chỉ cần ba loại điểm sáng đỏ, lục, lam pha theo tỉ lệ là tạo được cảm giác vàng, dù trên màn hình không có ánh sáng vàng thuần nào.
Màu tím hồng là sáng tạo của não. Màu hồng sen không có bước sóng riêng trong cầu vồng. Nó xuất hiện khi nón ngắn và nón dài cùng bị kích thích mà nón trung bình thì ít, một tổ hợp không ứng với bất kỳ bước sóng đơn lẻ nào. Não vẫn tạo ra cảm giác màu cho tổ hợp đó.
Thuyết ba màu và thuyết màu đối lập cùng đúng ở hai tầng. Ở võng mạc là ba loại nón. Ở các tầng xử lý phía sau, tín hiệu được sắp lại thành các cặp đối lập như đỏ với lục, lam với vàng, sáng với tối. Đó là lý do nhìn chằm chằm vào một hình đỏ rồi nhìn sang tường trắng, bạn thấy một bóng màu xanh lục thoáng qua.
Mù màu: không phải không thấy màu mà là thấy khác
Phần lớn trường hợp gọi là mù màu thực chất là khó phân biệt một số cặp màu, phổ biến nhất là đỏ và lục. Nguyên nhân thường là một loại tế bào nón thiếu hoặc có độ nhạy lệch đi so với bình thường. Người hoàn toàn chỉ thấy đen trắng xám thì rất hiếm.
Gen quy định sắc tố của nón bước sóng dài và trung bình nằm trên nhiễm sắc thể X. Nam giới có một X nên chỉ cần một bản gen lệch là biểu hiện; nữ giới có hai X, một bản lệch thường được bản kia bù. Vì vậy mù màu đỏ lục gặp ở nam nhiều hơn nữ rõ rệt, và tỉ lệ cụ thể khác nhau giữa các nhóm dân cư.
Nhiều người mù màu nhẹ không biết mình bị cho đến khi làm bài kiểm tra bằng các tấm chấm màu, hoặc khi chọn nhầm màu áo, nhầm quả chín với quả xanh. Một số ngành nghề có yêu cầu riêng về khả năng phân biệt màu, nên ai định theo những ngành đó nên đi kiểm tra ở cơ sở nhãn khoa. Các bài thử trên mạng chỉ để tham khảo, vì màu hiển thị phụ thuộc màn hình.
Vì sao não hay bị lừa bởi ảo giác màu
Não đoán nguồn sáng rồi trừ đi. Những bức ảnh nổi tiếng gây tranh cãi về màu chiếc váy hay đôi giày cho thấy mỗi người đoán nguồn sáng khác nhau. Ai cho rằng vật đang trong bóng râm xanh sẽ trừ bớt xanh và thấy màu ấm hơn; ai cho rằng vật dưới đèn vàng sẽ trừ bớt vàng và thấy màu lạnh hơn.
Màu nền làm thay đổi màu vật. Cùng một ô xám đặt trên nền tối trông sáng hơn khi đặt trên nền sáng. Hai ô có giá trị màu hoàn toàn giống nhau trên ảnh có thể trông khác hẳn tuỳ bóng đổ quanh chúng. Bạn có thể tự kiểm bằng cách che hết phần xung quanh chỉ để lộ hai ô.
Mắt có điểm mù mà não tự lấp. Chỗ dây thần kinh thị giác rời khỏi võng mạc không có tế bào cảm quang nào. Bạn không thấy lỗ thủng trong tầm nhìn vì não lấp đầy bằng thông tin xung quanh và bằng hình từ mắt kia. Có những bài thử đơn giản với một dấu chấm và một dấu cộng trên giấy để tìm ra điểm mù của chính mình.
Dùng AI tìm hiểu màu sắc và giác quan
Trợ lý AI giải thích quang học và sinh lý thị giác khá trôi, lại có thể gợi ý thí nghiệm nhỏ. Vài cách hỏi giúp bạn học được nhiều hơn:
- Hỏi theo trình độ: Giải thích cho học sinh lớp 7 vì sao lá cây có màu xanh, nói về ánh sáng và diệp lục, không quá 150 chữ.
- Đòi một thí nghiệm kiểm được: Gợi ý một thí nghiệm dùng giấy màu và đèn pin để thấy màu của vật thay đổi theo màu ánh sáng chiếu vào. Nêu rõ dự đoán trước khi làm.
- Hỏi về ảo giác: Vì sao cùng một màu xám trông sáng tối khác nhau trên nền khác nhau? Giải thích bằng cách não xử lý tương phản.
- Kiểm lại số liệu như số lượng tế bào que, tế bào nón với sách giáo khoa Sinh học hoặc tài liệu nhãn khoa, vì các nguồn đưa con số ước tính khác nhau.
- Không gửi ảnh chụp mắt hay kết quả đo thị lực của bản thân để nhờ AI chẩn đoán; việc đó thuộc về bác sĩ nhãn khoa.
Nếu dùng điện thoại chụp ảnh để thử ảo giác màu, nhớ rằng mỗi máy ảnh tự cân bằng trắng theo cách riêng, chẳng khác gì não. Ảnh chụp cũng là một lần "đoán nguồn sáng" nữa chồng lên.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao ban đêm nhìn mọi thứ chỉ thấy xám?
Trong ánh sáng yếu, tế bào nón gần như không hoạt động, chỉ còn tế bào que làm việc. Tế bào que rất nhạy sáng nhưng không phân biệt được bước sóng, nên bạn thấy hình khối và độ sáng tối mà không thấy rõ màu.
Các con vật có thấy màu giống người không?
Không hoàn toàn. Chó và mèo được cho là có ít loại tế bào nón hơn người nên phân biệt màu kém hơn, nhất là đỏ và lục. Nhiều loài chim và côn trùng lại thấy được tia cực tím mà người không thấy, nên thế giới màu của chúng khác ta.
Mù màu có chữa được không?
Mù màu bẩm sinh hiện chưa có cách chữa phổ biến. Một số loại kính lọc giúp tăng tương phản giữa vài cặp màu ở một số người nhưng không tạo ra khả năng nhìn màu bình thường. Ai nghi mình mù màu nên đi kiểm tra ở cơ sở nhãn khoa để biết rõ mức độ.
Vì sao nhìn hình đỏ lâu rồi nhìn tường trắng lại thấy bóng xanh?
Các tế bào và đường thần kinh xử lý màu đỏ bị dùng liên tục nên tạm thời mỏi, phản ứng yếu đi. Khi nhìn sang nền trắng, phần đối lập là xanh lục chiếm ưu thế trong chốc lát, tạo ra hình ảnh dư màu xanh. Hiện tượng này vô hại và hết sau vài giây.
Ánh sáng xanh từ màn hình có làm hỏng mắt không?
Đến nay chưa có bằng chứng vững rằng ánh sáng màn hình ở mức sử dụng bình thường gây tổn thương võng mạc. Nhìn màn hình lâu dễ gây mỏi mắt, khô mắt vì chớp mắt ít. Nghỉ mắt định kỳ, nhìn ra xa và đi khám khi có triệu chứng kéo dài là cách hợp lý.
Có nên dùng AI để thử xem mình có mù màu không?
AI có thể giải thích mù màu là gì và gợi ý cách tìm cơ sở kiểm tra. Bài thử trên màn hình không chính xác vì màu hiển thị khác nhau giữa các máy. Muốn biết chắc, bạn nên làm bài kiểm tra chuẩn tại cơ sở nhãn khoa.