В реальной природе нет ни абсолютно черных, ни абсолютно прозрачных тел. Подавляющее большинство предметов на Земле одновременно и поглощает, и отражает, и рассеивает, и пропускает свет. По отношению к лучам с различными длинами волн одно и то же тело ведет себя по-разному. Зеленый лист, например, поглощает свет в красной и синей областях спектра, а в зеленой отражает. Отраженные лучи, попадая на сетчатку глаз, и дают ощущение зеленого цвета.

Предметы, особенно их поверхностные слои, избирательно поглощают из падающего лучистого потока определенные лучи, остальные отражают и рассеивают. Именно отраженные и рассеянные лучи в совокупности и дают ощущение цвета предмета. При этом вовсе не обязательно, чтобы отражался какой-то один чистый спектральный цвет. Ведь сочетание двух, трех и больше цветов дает ощущение одного цвета, которое мы и воспринимаем как цвет данного предмета. Если же предмет кажется нам белым или серым, значит, он отражает лучи разных длин волы более или менее равномерно.

Таким образом, состав вещества или во всяком случае состав поверхностных слоев предметов, обусловливая избирательное поглощение, отражение и рассеяние падающих на него лучей, оказывает значительное, нередко решающее влияние на цвет предмета. Предметам живой и неживой природы придают окраску, цвет особые химические вещества, обладающие свойством избирательного поглощения лучей, называемые красящими веществами — красителями, или пигментами. Таковы хлорофилл — пигмент, действующий в процессе фотосинтеза, родопсин и йодопсин — зрительные пигменты.

Наконец, остановимся на роли рассеяния света. В древние времена люди считали небо действительно существующим голубым куполом, опирающимся на плечи титана Атланта. Небесный свод фигурировал в качестве библейской «тверди» и «небесных сфер» в древних геоцентрических системах мира. Средневековые схоласты спорили о характере материала, из которого он изготовлен. Одни из них склонялись мыслью к стеклу и хрусталю, другие — к драгоценным камням синего цвета (сапфиру и др.).

Правильное представление о небе было дано великим ученым эпохи Возрождения Леонардо да Винчи: «Синева неба происходит благодаря толще освещенных частиц воздуха, которая расположена между Землей и находящейся наверху темнотой». Сейчас гениальное предвидение философа подтверждено экспериментально. Космонавты, пройдя плотные слои атмосферы, видели над собой абсолютно черное небо, на котором одновременно сияли Солнце, Луна и звезды.

Научное объяснение голубого цвета неба было дано в работах английского физика лорда Рэлея (Дж. У. Стретта) в 1871 г. Оказалось, что молекулы газов воздуха, точнее их конгломераты, рассеивают лучи Солнца. Чем короче волны лучей, тем сильнее они рассеиваются. Синие и фиолетовые лучи рассеиваются вдвое интенсивнее, чем красные. Поэтому, когда мы смотрим на небо, мы видим рассеянные лучи, среди которых преобладают голубые, синие и фиолетовые. Зато диск Солнца по мере приближения к закату становится все более красным: чем длиннее путь света в атмосфере, тем относительно больше в его составе красных и оранжевых лучей.

Чем выше поднимается человек над поверхностью Земли, тем гуще, синее становится окраска неба. Крупные частицы вещества (пылинки, капельки воды) рассеивают все лучи одинаково. В случае, когда этих частиц много, синий цвет неба становится бледным. Поэтому интенсивность окраски небесного свода может быть мерилом чистоты воздуха. Благодаря рассеянию солнечного света воздухом смена дня и ночи происходит не мгновенно, а постепенно. В пасмурные дни освещение создается рассеянной радиацией. Ее существование обеспечивает поступление света к растениям, находящимся в тени. Это явление играет немалую роль в жизни на Земле.

В жизни организмов цвет играет огромную роль: помогает им находить пищу, прятаться от врагов, сохранять потомство. Яркая окраска ягод и плодов, так же как их сладкий вкус, привлекает к себе птиц и животных, которые затем распространяют со своим пометом семена растений. Очень яркая, пестрая окраска некоторых растений и животных служит как бы сигналом их несъедобности, поэтому ее называют отпугивающей. Но есть и совершенно безвредные животные и растения, которые могут приобретать окраску, очень похожую на отпугивающую. Весьма распространена в природе и так называемая покровительственная окраска, благодаря которой животное сливается по цвету с окружающим ландшафтом. Такую окраску имеют, например, гусеницы, кузнечики, заяц, лев, тигр и другие животные.

Умение слиться с землей, растительностью, корой дерева, исчезнуть, раствориться в окружающем, чтобы избегнуть встречи с хищником или, наоборот, напасть на жертву неожиданно,— важнейшая потребность, необходимое качество многих животных. Законы светотени, цветового контраста играют в этом первостепенную роль. Чтобы сделать собственную тень менее заметной, бабочки столь точно ориентируются по Солнцу, что тень от их крыльев в полете превращается в незаметную линию. «Противотеневая» окраска характерна для рыб, ящериц, змей, многих птиц. В условиях господствующего направления солнечных лучей сверху вниз верхняя, освещенная поверхность тела равномерно окрашенных животных может контрастировать с нижней, остающейся в тени. Если же нижняя часть тела окрашена светлее, то тень как бы выравнивает окраску и делает животное менее заметным. Особенно эффективно в этом смысле сочетание противотеневой окраски с расцветкой, которая приближается к цвету фона (земли, листвы и т. п.).

Однако однотонная окраска все же не очень надежна: фон редко бывает совершенно одноцветным, да и животные, двигаясь, попадают в несколько различные условия освещения, расцветки, яркости. Поэтому надежная маскировка может быть обеспечена лишь при каком-то разнообразии в окраске тела, если оптически расчленить его на несколько участков. Вот почему на шкуре жираф, леопардов, в оперении многих птиц, на коже хамелеонов и других пресмыкающихся имеется контрастный неправильный рисунок — пятнистый, сетчатый, полосатый. Отдельные части общего рисунка настолько привлекают внимание, что истинные контуры животного теряются.

Именно таким образом исчезают из поля зрения наблюдателя огромные тела жираф. Пятна, полосы, рисунки особенно часто используются в мире животных для маскировки глаз.

Наконец, умение изменять окраску кожи применительно к фону, характерное для хамелеонов и многих других пресмыкающихся, а также насекомых, амфибий, рыб, моллюсков, объясняется наличием в коже особых пигментных клеток — хроматофоров. Пигмент в них либо распределяется по всей площади, либо собирается в одной точке. В зависимости от этого кожа светлеет или темнеет. Тело кальмаров и осьминогов, например, способно чернеть или бледнеть прямо на глазах, почти мгновенно. А камбалы в бассейне с дном из чередующихся белых и черных плиток превращаются в настоящие живые шахматные доски.

Все великолепное разнообразие окрасок, цветов и расцветок, которым щеголяют многие представители животного мира, создается не только за счет присутствия в их коже, шерсти, перьях или чешуе красящих веществ. Цветовые эффекты в животном мире очень часто основаны на законах отражения, поглощения, спектрального разложения белого солнечного света, на явлениях интерференции и дифракции. Богатство окраски крохотных колибри основано на присутствии в их оперении всего одного-двух пигментов. Все остальное — это игра света в крохотных капельках жидкости, расположенных между бородками оперения и играющих роль бесчисленных призмочек. Разнообразие и яркость цветов оперения павлинов, петухов и некоторых других птиц создается в определенной мере за счет дифракции и интерференции света на волоконцах-бородках перьев и за счет взаимного отражения двух по-разному окрашенных поверхностей, прилегающих друг к другу. Богатство оттенков, возникающих при этом, практически неисчерпаемо.

Еще одним источником разнообразия цветов и оттенков в живой природе, воспринимаемых нашим глазом, служит явление цветового контраста. На цветовом фоне белый или слабоокрашенный предмет приобретает окраску, дополнительную по отношению к окраске фона. Дело в том, что однородный цветовой фон утомляет глаз. Одновременно повышается чувствительность колбочек к дополнительному цвету. И если соответствующие лучи содержатся в свете, отраженном от интересующего нас предмета, глаз выделит их, как бы подчеркнет дополнительную окраску.