Científicos completan la teoría del color de Schrödinger tras 100 años de estudio

Un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional de Los Álamos logró un avance significativo en la teoría del color de Erwin Schrödinger, que tiene más de un siglo. Utilizando geometría, definieron matemáticamente la percepción del color basada en el tono, la saturación y la luminosidad. Los resultados, presentados en una conferencia de ciencia de visualización, formalizan el modelo de color de Schrödinger y demuestran que las cualidades del color son inherentes a la estructura misma de la percepción del color.

La investigadora Roxana Bujack, quien lideró el equipo, explicó: "Lo que concluimos es que estas cualidades del color no emergen de constructos externos como experiencias culturales o aprendidas, sino que reflejan las propiedades intrínsecas de la métrica del color en sí misma". Esta métrica codifica geométricamente la distancia de color percibida, es decir, cuán diferentes aparecen dos colores a un observador.

Completando el rompecabezas del color de Schrödinger

Al definir estos atributos perceptuales de manera más rigurosa, los investigadores proporcionaron una pieza faltante en la visión de Schrödinger de un modelo matemático cerrado del color. El objetivo era definir el tono, la saturación y la luminosidad utilizando únicamente la propiedad geométrica de la mayor similitud de color.

La visión del color humano se basa en tres tipos de células cónicas, que se centran en el rojo, azul y verde, lo que permite organizar y comparar colores matemáticamente en un espacio tridimensional. En el siglo XIX, el matemático Bernhard Riemann propuso que los espacios de color perceptuales no son planos o rectos, sino curvados. En la década de 1920, Schrödinger amplió esta idea al definir el tono, la saturación y la luminosidad dentro de un modelo riemanniano de percepción del color.

Corrigiendo una brecha matemática de un siglo

Las definiciones de Schrödinger han moldeado la ciencia del color durante aproximadamente 100 años. Sin embargo, durante el desarrollo de algoritmos para la visualización científica, el equipo de Los Álamos descubrió que la matemática detrás del modelo presentaba debilidades importantes. El mayor problema involucraba el eje neutral, la línea de grises que va del negro al blanco. Las definiciones de Schrödinger dependen de la posición de un color en relación con ese eje, pero nunca definió formalmente el eje en sí.

Esta omisión creó una brecha seria. Sin una definición precisa del eje neutral, toda la construcción era formalmente incompleta. El avance más importante del equipo fue encontrar una forma de definir el eje neutral utilizando únicamente la geometría de la métrica del color.

Para lograr esto, los investigadores tuvieron que ir más allá del modelo riemanniano tradicional, lo que representa un avance matemático significativo para la ciencia de la visualización.

Un mejor modelo de cómo cambian los colores

El equipo también corrigió otros dos problemas importantes en el marco anterior. Uno de ellos involucró el efecto Bezold-Brücke, un fenómeno en el que la intensidad de la luz puede hacer que un color parezca cambiar de tono. Los investigadores abordaron esto utilizando el camino más corto en su modelo geométrico de percepción del color, en lugar de depender de una línea recta simple.

También utilizaron el camino más corto en un espacio no riemanniano para tener en cuenta los rendimientos decrecientes en la percepción del color, otro efecto que no había sido capturado completamente por el enfoque anterior.

Por qué la percepción del color es importante

La investigación fue presentada en la Conferencia Eurographics sobre Visualización y se basa en un proyecto más amplio de Los Álamos sobre la percepción del color. Este proyecto también produjo un artículo innovador en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias en 2022. Un modelo más preciso de la percepción del color podría tener un gran valor en campos que dependen de un color preciso, incluyendo fotografía, video, visualización y tecnologías relacionadas.

La visualización científica juega un papel importante en ayudar a los investigadores a comprender información compleja. Mejores modelos de color pueden apoyar un análisis más efectivo en diversas áreas, incluyendo ciencias de seguridad nacional. El trabajo del equipo ahora proporciona una base para futuros modelos de color en espacios no riemannianos.

Financiación: Este trabajo fue apoyado por el programa de Investigación y Desarrollo Dirigido del Laboratorio de Los Álamos y por el programa de Simulación y Computación Avanzada de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear.