Goethe Newton'a karşı: iki renk kuramının kavgası

Kısa cevap

Goethe 1810'da yayımladığı «Zur Farbenlehre»de Newton'un beyaz ışığın farklı kırılan renklerden oluştuğu kuramına karşı çıktı ve renkleri ışık ile karanlığın bir bulanık ortamda karşılaşmasından türetmeye çalıştı; fizik olarak bu girişim başarısız oldu, çünkü Newton'un kuramı ölçülebilir öngörüler verdi ve Goethe'nin itiraz ettiği olguları da açıkladı. Ama Goethe'nin kitabı, gözün kendi ürettiği renklere, renkli gölgelere ve ardıl görüntülere, bulanık ortamların sarı ile maviyi nasıl ortaya çıkardığına dair isabetli ve dikkatli gözlemlerle doludur; bunlar bugün görme bilimi ve saçılma fiziği tarafından açıklanan gerçek olgulardır. Bu yüzden bir kuram, olguların nedenini yanlış açıklarken olguların kendisini doğru betimleyebilir: fizikte yanılıp algı hakkında doğru şeyler söyleyebilir.

Newton'un karanlık odası

BI-03, Newton'un 1672'deki deneyini ve beyaz ışığın farklı kırılan ışınlardan oluştuğu sonucunu anlatmıştı; aynı ders, Newton'un tek bir rengi yeniden prizmadan geçirerek onun artık bölünmediğini gösteren belirleyici deneyini de tanımlamıştı. Newton'a göre renk, ışığın içindedir: prizma beyaz ışığı yaratmaz, onu zaten içindeki bileşenlerine ayırır. DT-04 ise Newton'un bu bileşenleri bir çember üzerinde düzenlediğini göstermişti.

Goethe bu tabloya yüz yılı aşkın bir süre sonra, bir şair ve doğa araştırmacısı olarak karşı çıktı. Onun sorusu, ışığın nelerden oluştuğu değil, renklerin gözümüze nasıl göründüğüydü.

Goethe'nin itirazı: renkler kenarlarda doğar

Goethe prizmayı Newton gibi karanlık bir odada ince bir ışık huzmesine değil, gündelik dünyaya, yüzeylere ve sınırlara doğrulttu. Gördüğü şey onu şaşırttı: düz ve tek düze yüzeyler prizmadan renksiz görünüyordu.

Goethe'ye göre bu gözlem Newton'u çürütüyordu: renkler beyaz ışığın içinde olsaydı, beyaz bir yüzey prizmadan baştan sona renkli görünmeliydi. Oysa renkler yalnız ışık ile karanlığın, açık ile koyunun karşılaştığı yerlerde çıkıyordu. Goethe renklerin kaynağını bu karşılaşmada aradı.

Işık, karanlık ve bulanık ortam

Goethe'nin kuramının merkezinde, gündelik hayattan tanıdığımız bir olgu vardır.

Goethe bu olguyu kuramının temeli yaptı ve ona özel bir ad verdi.

Goethe aynı bölümde, doğa araştırmacısının ilk olgunun ardında başka bir şey aramak yerine orada görmenin sınırını kabul etmesi gerektiğini yazar. Bu, Newton'un yöntemine doğrudan bir itirazdır: Newton olguların ardında ölçülebilir bir neden, ışınların kırılabilirliğini arıyordu.

Neden başarısız oldu?

Goethe'nin fizik kuramı iki nedenle başarısız oldu. Birincisi, Newton'un kuramı Goethe'nin kendi kenar gözlemini açıklıyordu. Geniş beyaz bir yüzeyin her noktası prizmadan kendi küçük tayfını üretir; bu tayflar yüzeyin ortasında üst üste binerek yeniden beyazı verir, yalnız kenarlarda, komşusu olmayan yerde renkler ayrışır. Goethe'nin gördüğü şey Newton'u çürütmüyor, onun bir sonucu oluyordu. İkincisi, Newton'un kuramı ölçülebilir öngörüler verdi ve ışığı bileşenlerine ayırma fikri, Helmholtz'un aynı konferans dizisinde anlattığı tayf analizi gibi yöntemlerin temeli oldu; Goethe'nin kuramı ise bir ölçüm yöntemi önermiyordu.

Goethe'nin bulanık ortam gözlemi de fizikçiler tarafından doğrulandı, ama başka bir açıklamayla. Helmholtz, optik ile resim arasındaki ilişki üzerine verdiği konferansta bu olguyu anlattı.

BI-05'te gördüğümüz Rayleigh saçılması bu olgunun bugünkü açıklamasıdır: küçük parçacıklar kısa dalga boylarını daha çok saçar. Olgu doğruydu; Goethe'nin ondan bütün renkleri türetme girişimi yanlıştı.

Goethe neyi doğru gördü?

Goethe'nin kitabının en kalıcı bölümü, gözün kendi ürettiği renklere ayrılmıştır. Goethe renkleri üç gruba ayırdı ve bu sırayla anlattı.

BI-14, Goethe'nin renkli gölge deneyini ve ardıl görüntüleri ayrıntısıyla anlatmıştı: alacakaranlıkta mum ışığıyla aydınlanmış bir kâğıt üzerinde bir kalemin gölgesi mavi görünür. Bu olgular Goethe'nin zamanında fiziğin ilgisinin dışında kalıyordu; bugün BI-13'ün anlattığı, gözün ışığa uyum sağlama düzenekleriyle açıklanırlar. Goethe'nin fizik kuramı çökmüş, ama gözlediği algı olguları görme biliminin konusu olmuştur.

Ribe ve Steinle 2002'de Goethe'nin renk deneylerindeki araştırma tarzının çoğu zaman küçümsendiğini, oysa değerini defalarca kanıtladığını savundu. Bu değerlendirme, Goethe'nin sonuçlarını değil yöntemini yeniden okur: koşulları sistemli olarak değiştiren dikkatli bir gözlemci, yanlış bir kuram kurarken bile doğru olgular toplayabilir.

Sanatçılar

Goethe'nin kuramı, fizikte kaybettiği yeri ressamların arasında buldu, çünkü ressamların sorusu da Goethe'ninkine benziyordu: renkler nasıl görünür, yan yana nasıl etkileşir? Kitabın tarih bölümünde Goethe, ressam Runge'nin boyacının gözünden renk üzerine kazandığı içgörüleri över ve onun renk basamaklarını aydınlıktan karanlığa uzanan bir küreye yerleştirdiğini aktarır. FE-04'te Wittgenstein'ın bu bağlantıya döndüğünü, DT-04'te Runge'nin küresini görmüştük.

Kartın sorusu: fizik ve fenomenoloji

Kartın sorusu, bir kuramın fizikte yanlış olup algı hakkında doğru şeyler söyleyip söyleyemeyeceğidir. Goethe örneği iki düzeyi ayırmayı öğretir. Fizik, ışığın ne olduğunu ve nasıl davrandığını sorar; burada Newton haklıydı. Algının betimlemesi, yani fenomenoloji, renklerin bize nasıl göründüğünü sorar; burada Goethe'nin gözlemleri çoğu zaman isabetliydi. Hata, bu ikinci düzeydeki doğru gözlemlerden birinci düzey hakkında bir kuram çıkarmaya çalışmaktı. Aynı hata ters yönde de yapılabilir: ışığın fiziğini bilmek, rengin nasıl göründüğünü bilmek değildir; FE-02'deki Mary tartışması bunun bir başka biçimidir.

Örnek — gün batımında dört ten

Goethe'nin §150'deki gözlemini, güneş ışığının bulanık bir ortamdan geçtikçe sarıdan kırmızıya kaymasını, Rayleigh saçılmasıyla hesaplayalım ve bu ışığın serinin dört teni üzerindeki etkisini ölçelim. Gün ışığının tayfını, kısa dalga boylarını dalga boyunun dördüncü kuvvetiyle ters orantılı olarak azaltan artan bir bulanıklıktan geçirdik.

Hesap Goethe'nin iki gözlemini de doğrular: geçen ışık bulanıklık arttıkça sarıdan kırmızıya kayar, saçılan ışık mavidir ve bulanıklık arttıkça soluklaşır. Goethe'nin yanıldığı yer bu olgular değil, bunlardan bütün renkleri türetmekti.

Aynı ışık tenleri de değiştirir. Işığın miktarını sabit tutup yalnız rengini değiştirdiğimizde, orta bulanıklıkta dört ten gün ışığındaki görünüşlerinden 7,7 ile 16,4, yüksek bulanıklıkta 11,2 ile 22,1 birim uzaklaşır. En büyük kayma en açık tende, F1C7A9'dadır, çünkü o ten ışığın rengini en çok geri yansıtır. Gün batımında bir yüzün sıcak ışıkla boyanması, Goethe'nin gözlediği ve Helmholtz'un açıkladığı olgunun gündelik bir örneğidir; bir fotoğrafçı için bu, FS-01'deki beyaz dengesinin, bir ressam için Goethe'nin sorduğu türden bir soru olur. Hesap bir modeldir; gerçek atmosferde parçacık boyutları ve ışığın geometrisi sonucu değiştirir.

Sık yapılan yanlış

Özet

1. Newton renklerin beyaz ışığın içinde olduğunu ve prizmanın onları yalnız ayırdığını gösterdi; Goethe 1810'da buna karşı çıktı ve renkleri ışık ile karanlığın bulanık bir ortamda karşılaşmasından, ilk olgudan türetmeye çalıştı.
2. Goethe'nin fizik kuramı başarısız oldu, çünkü Newton'un kuramı onun kenar gözlemini de açıklıyordu ve ölçülebilir öngörüler veriyordu; ama bulanık ortamlarda sarı ile maviyi, renkli gölgeleri ve ardıl görüntüleri doğru gözledi ve keşifsel deney tarzı bugün yeniden değerlendirilmektedir.
3. Bir kuram fizikte yanılıp algı hakkında doğru şeyler söyleyebilir: fizik ışığın ne olduğunu, fenomenoloji rengin nasıl göründüğünü sorar. Örnekte bulanıklık arttıkça güneş ışığı sarıdan kırmızımsı turuncuya kayar ve dört teni 22,1 birime kadar değiştirir.

Kendini sına

1. (Kolay) Goethe'ye göre prizmadan bakıldığında renkler nerede ortaya çıkar?
2. (Kolay) Goethe'nin fizyolojik renkler dediği gruba hangi olgular girer?
3. (Orta) Bir kuram fizikte yanlış olup algı hakkında doğru şeyler söyleyebilir mi?
4. (Orta) Newton'un kuramı Goethe'nin kenar gözlemini nasıl açıklar?
5. (Zor) Helmholtz Goethe'nin bulanık ortam gözlemini nasıl değerlendirir?
6. (Zor) Örnekte gün batımı ışığı neden en çok en açık teni değiştirir?

Cevaplar

1. Düz ve tek düze yüzeylerde değil, bir yüzeyin kendisinden aydınlık ya da karanlık bir nesneyle sınır oluşturduğu kenarlarda. Bkz. "Goethe'nin itirazı: renkler kenarlarda doğar".
2. Gözün kendi etkinliğine ait olan renkler: ardıl görüntüler, renkli gölgeler ve eşzamanlı renk karşıtlığı. Bkz. "Goethe neyi doğru gördü?".
3. Evet. Goethe'nin kuramı, renkleri ışık ile karanlığın bulanık bir ortamda karşılaşmasından türetmeye çalıştığı için fizikte başarısız oldu; ama bulanık ortamlarda sarı ile maviyi, renkli gölgeleri ve ardıl görüntüleri doğru gözledi. Fizik ışığın ne olduğunu, fenomenoloji rengin nasıl göründüğünü sorar; Goethe'nin hatası, ikinci düzeydeki doğru gözlemlerinden birinci düzey hakkında bir kuram çıkarmaktı. Bkz. "Kartın sorusu: fizik ve fenomenoloji".
4. Geniş beyaz bir yüzeyin her noktası prizmadan kendi küçük tayfını üretir; bu tayflar yüzeyin ortasında üst üste binerek yeniden beyazı verir, yalnız kenarlarda, komşusu olmayan yerde renkler ayrışır. Bkz. "Neden başarısız oldu?".
5. Olguyu doğrular ve fiziksel olarak açıklar: hava bulanıklığı ışığın mavi ve menekşe bileşenlerini saçar, bu yüzden güneş doğarken ve batarken kızarır; olgu sulandırılmış sütte de görülür. Helmholtz'a göre Goethe bu olgunun evrenselliğine dikkat çekmiş ve renk kuramını onun üzerine kurmaya çalışmıştır. Bkz. "Neden başarısız oldu?".
6. Çünkü en açık ten ışığın büyük bölümünü geri yansıtır ve ışığın rengindeki değişimi en çok taşır; koyu tenler ışığın daha azını yansıttığı için aynı renk değişimi daha küçük bir renk farkına yol açar. Bkz. "Örnek".

Kaynaklar

• Newton, I., «A letter of Mr. Isaac Newton ... containing his new theory about light and colors», Philosophical Transactions of the Royal Society of London 6(80): 3075–3087, 1672.
• Goethe, J. W. von, «Zur Farbenlehre», Tübingen: Cotta, 1810.
• Helmholtz, H. von, «On the relation of optics to painting», Popular Lectures on Scientific Subjects, Second Series, Londra: Longmans, Green and Co., 1893 baskısı
• Ribe, N. ve Steinle, F., «Exploratory experimentation: Goethe, Land, and color theory», Physics Today 55(7): 43–49, 2002.

Sonraki adım

UZ-01 algının ölçülmesine geçiyor: eşik belirlemede sabit uyaranlar, ayarlama ve merdiven yöntemlerini, zorunlu seçimi, fark edilebilir en küçük farkı ve eşleştirme ile adlandırma görevlerini anlatıyor ve merdiven yönteminin sabit uyaranlar yönteminden neden daha verimli olduğunu soruyor. Newton'un deneyi BI-03'te, renkli gölge ve ardıl görüntü BI-14'te, Rayleigh saçılması BI-05'te ele alınmıştı.