Väri
Väri on auringosta tai muusta valolähteestä tulevaa aaltomuotoista sähkömagneettista säteilyä eli valoa. Jokaista värisävyä vastaa oma aallonpituus. Pisin aallonpituus on punaisella ja lyhin violetilla. Ihmiselle näkyvien värien ääripäiden lisäksi puhutaan infrapunasta, jonka aallon pituus on pitempi kuin näkyvä valo ja se voidaan tuntea lämpönä. Puhutaan myös ultravioletista, joka on lyhytaaltoisempaa kuin näkyvä valo. Ihminen aistii värin, kun valo heijastuu jostakin värillisestä kohteesta silmän verkkokalvolle.
Toisin kuin monet muut nisäkkäät, ihminen näkee maailman väreissä.
Eri ihmisten värien näkö- ja niiden erottamiskyky ovat erilaisia. Kaikilla on sama värien erotteluprosessi, jossa aivot tulkitsevat silmän kautta tulevan impulssin muuntaen sen väriksi.
Värin havaitseminen perustuu kolmeen asiaan:
Väriä voidaan lähestyä ja kuvailla aistimuspohjaisella, eli aivokeskeisellä värikäsityksellä tai mekanistisella, fysikalistisella värikäsityksellä. Asiantuntijat ovat nykyisin samaa mieltä siitä, että väri on näköjärjestelmän tuottama näköaistimus.
Värihavainto syntyy siten, että näkökohteesta ja sen ympäristöstä tulevan valoenergian koostumus saavuttaa silmän verkkokalvon näkösolut. Solujen yhteistoimintana muodostunut sähköinen informaatio ohjautuu näköhermoja pitkin aivojen näkökeskukseen. Sen jälkeen aivot tulkitsevat näkökohteen värit ihmiselle tyypillisten havaintomallien mukaisesti. Värit ovat aivojen tulkinnan mukaisia näköaistimuksia.
Normaalista poikkeavia näköaistimuksia voi syntyä, jos havaitsijalla on periytyvä punavihersokeus tai sairauden, kutendiabeteksen aiheuttama värinäön heikkous. Täydellinen värisokeus on harvinaista. Periytyvän värinäön häiriön syy on X-kromosomissa.
Fysikalistisen värikäsityksen kannattajat pitävät värejä näkemiemme kohteiden ominaisuuksina ja siten näköjärjestelmästämme riippumattomina. Fysiikan kannalta tieto kohteen väristä on siinä valossa, joka tulee katsotusta kohteesta väri-ilmaisimeen. Väri vastaa tällöin näkyvää kohdetta, esimerkiksi seinän maalipintaa tai sen mikrorakennetta. Tämän käsityksen mukaan värit ovat aina olemassa ihmisen ulkopuolella, vaikka emme katsoisikaan niitä, koska käsityksen mukaan värimittarit osaavat "havaita” niitä tarkasti ilman silmiä.
Ihmisen värinäköjärjestelmä on vuosimiljoonien kehityksen tulosta, eivätkä mittalaitteet ja robotit pysty sitä vielä jäljittelemään. Ihmisen värinäön mallinnus on vasta alkutekijöissään, sillä edes silmän valoherkkien näkösolujen yhteistyötä muiden näkösolujen kanssa ei tunneta tarkasti.
Esimerkiksi keltaiselta näyttävän kohteen ei tarvitse heijastaa lainkaan keltaista valoa eli aallonpituudeltaan noin 580 nanometrin valoa. Riittää, että kohteesta tulee taajuudeltaan vihreää ja punaista säteilyenergiaa. Viime kädessä väri ei ole valoa, sähkömagneettista säteilyä eikä aaltoliikettä. Se ei ole myöskään maalia, eikä se ole luonteeltaan mikään näkökohteen fysikaalinen ominaisuus. Väri on näköjärjestelmän ja aivojen tuottama tulkinta eli väriaistimus.
Jotta teknisten laitteiden väri-ilmaisimet saadaan ”näkemään” värit aidosti – siis ihmisen kaltaisesti, pitää tuntea näköjärjestelmän toimintamekanismi. Erilaisista materiaaleista heijastuvan valon spektraalisia ominaisuuksia voidaan kuitenkin tunnistaa erilaisilla teollisuuden laadunvalvontaan kehitetyillä mittalaitteilla paljon paremmin kuin ihminen silmämääräisesti. Tekninen väri-ilmaisin on valon spektri-ilmaisin, kuten spektrometri, jonka avulla saadut mittaustulokset joudutaan aina tulkitsemaan sovittuina väreinä. Esimerkiksi niin sanottujen lämpökameroiden avulla otettujen kuvien värimaailmassa ihmiselle näkymätön säteily muunnetaan näkyviksi väreiksi kulloisenkin tilanteen ja informaatiotarpeen mukaan. Tieto kohteen väristä ei siis ole johdettavissa suoraan siitä valosta tai säteilyn spektrijakaumasta, joka tulee katsotusta kohteesta tekniseen väri-ilmaisimeen, vaikka näin fysikalistinen värikäsitys olettaa.
Ihmisen näköjärjestelmän tuottamaan kuvaan kuuluvat "käänteisväri-", "rajakontrasti-", "simultaanikontrasti-" ja "varjoilmiö". Näitä eivät valo- tai värimittarit pysty havitsemaan ihmisen lailla, koska valon spektrivärien suhteelliset osuudet eivät määrää, miltä kohteen värit kulloinkin näyttävät. Kontrasti-ilmiöt paljastavat värin konstanssi eli värin pysyvyyden näkökuvassa: värejä voidaan tunnistaa hyvin erilaisista valaistusolosuhteista huolimatta, koska värit ovat olleet ihmisille ja ovat yhä elintärkeitä ympäristön laadun, esimerkiksi ruoka-aineiden käytettävyyden), ilmaisimia, visuaalisia adjektiiveja. Aivot ovat oppineet tämän olosuhteiden pakosta. Niinpä yksittäisestä näkökohteesta tulevan valon mitattu "väri" ei ole täysin sama kuin havaittu väri. Väri on sitä, miltä se ihmisen näköjärjestelmän tuottamana aistimuksena erilaisissa tilanteissa kulloinkin näyttäytyy. Toisin kuin fysikalistinen värinäkemys väittää, emme näe oudoissakaan väri-ilmöissä väriharhoja, illuusioita.
Ihmisen silmän verkkokalvossa on neljänlaisia valoenergialle herkkiä solutyyppejä, joista yhdet ovat hämäränäköön erikoistuneita sauvasoluja. Muut kolme ovat lähinnä tarkan näön keskuksen eli fovean alueelle sijoittuvia tappisoluja, joista
* L-tyypit ( R ) reagoivat pitkäaaltoiseen (L = Long) punaiseen valoon. Solutyyppi on herkimmillään noin 650 nm:n aallonpituudelle (nm = nanometri = millimetrin miljoonasosa). Näitä on noin 2/3 verkkokalvon tappisoluista.* M-tyypit ( G ) reagoivat keskipitkään (M = Middle) vihreään valoon. Solutyyppi on herkimmillään noin 530 nm:n aallonpituudelle. Näitä on noin 1/3 verkkokalvon tappisoluista.
* S-tyypit ( B ) reagoivat lyhytaaltoiseen (S = Short) siniseen valoon. Solutyyppi on herkimmillään noin 460 nm:n aallonpituudelle. Näitä on tappisoluista vain noin 5-7 %.
Tappisolujen määräsuhteet ilmaistaan joskus myös suhdeluvuilla 10 / 5 / 1. Anatomisesti monitasoista ja neurologisesti monivaiheista näköjärjestelmän toimintaa voidaan verrata television ja tietokoneen värikuvan muodostukseen, jossa värit syntyvät RGB-värikanavien valoilla (R = red, punainen; G = green, vihreä; B = blue, sininen).
Väreistä tuli ihmiselle vuosimiljoonia kestäneen näköaistin kehityshistorian aikana hyvin tärkeitä ympäristön laadun ilmaisijoita, visuaalisia adjektiiveja, joita ne yhäkin ovat. Ihmisen väriaistissa voidaan erottaa kolme toiminnallista perusperiaatetta, joita ei ole missään teknisessä mittalaitteessa:1) näköjärjestelmä prosessoi näkökuvaa kolmivärikanavaisesti (LMS = RGB, vertaa yllä)2) rajakontrasti-ilmiö, jossa näkökohteen (esineen) omassa värissä voimistuu sitä ympäröivän värin käänteisvärisyys ja valoisuusero. Kohde ikään kuin 'piirretään' irti taustastaan.3) varjoilmiö, jossa aivot pyrkivät pitämään näkökuvan värit tunnistettavina hyvin vaikeissakin valaistusolosuhteisa (katso konstanssi).
Valon väriä mittaavat tekniset väri-ilmaisimet toimivat vain kolmivärikanavaisesti, Niille ei ole vielä osattu kehittää kontrasti- ja varjoilmiöiden "näkökykyä".
Fysiikan kannalta valon väri määräytyy sen fotonien energiasta, joka on suoraan verrannollinen valon taajuuteen Planckin vakion kautta. Väriin liittyy aina myös aallonpituus, joka määräytyy fotonin energiasta, mutta aallonpituus riippuu lisäksi myös siitä väliaineesta, jossa valo kulloinkin etenee – toisin kuin fotonin energia, joka on väliaineesta riippumaton fotonien ominaisuus. Lisäksi silmän tappisolujen selektiivisyys perustuu fotonien energiaan pikemminkin kuin niiden aallonpituuteen. Näkyvä valo on sähkömagneettista säteilyä, jonka aallonpituus tyhjiössä ja ilmassa on välillä 400 - 700 nm. Tämän aallonpituusalueen eri osat vastaavat eri värejä spektrissä.
Jos valo ei ole monokromaattista, vaan koostuu eri aallonpituuksista sen aistittu väri riippuu valon spektristä ja näiden osavärien yhdistelmästä. Spektroskopiassa valkoinen valo tarkoittaa valoa, jonka spektri taajuuden funktiona on tasainen, eli se sisältää yhtä paljon kaikkia näkyvän valon taajuuksia. Näköaistin toiminnasta johtuu, että myös muunlainen valon spektri voidaan aistia valkoisena: esimerkiksi väritelevisiossa valkoisen värin aistimus luodaan punaisen, vihreän ja sinisen valon yhdistelmänä eli käyttäen RGB-värijärjestelmää. Tämä johtuu siitä, että ihmisen silmässä valon spektrin arviointiin on käytettävissä vain kolmenlaisia eri taajuuksille herkkiä soluja. Siksi valkoisen värin aistimus voidaan saada aikaan lukemattomilla erilaisilla valon aallonpituusjakaumilla ja monien "valkoisten" valolähteiden spektri ei ole lainkaan tasainen, kuten loisteputki tai valkoinen LED.
Kaikki kappaleet lähettävät sähkömagneettista säteilyä sitä enemmän, mitä korkeampi niiden lämpötila on. Säteilyn määrän ja aallonpituusjakauman osoittaa Planckin laki. Huoneenlämpöisen kappaleen lähettämä säteily on käytännössä täysin näkymätöntä, infrapunasäteilyä, mutta jos kappaleen lämpötila on riittävän korkea (yli 500 °C), se hehkuu, eli lähettää myös näkyvää valoa. Jos lämpötila on vain hieman tämän rajan yläpuolella, lähtevässä säteilyssä esiintyy vain pitkäaaltoisinta näkyvää, punaista valoa eli kappale on punahehkuinen, mutta jos lämpötila on vielä korkeampi, kappale tulee lopulta valkohehkuiseksi, jolloin sen lähettämä valkoinen valo sisältää kaikkia näkyvän valon aallonpituuksia. Sellaista on esimerkiksi Auringon valo.
Kaikkien valonlähteiden valo ei ole hehkuvaloa, vaan valoa voidaan saada aikaan myös muulla tavoin esimerkiksi loistelampuilla, laserilla ja LEDeillä. Näiden lähettämän valon aallonpituusjakauma ja sen väri riippuu pääasiassa käytetyistä materiaaleista. Laserin lähettämä valo on täysin yksiväristä eli monokromaattista, toisin sanoen siinä esiintyy vain yhtä aallonpituutta.
Ihmisen silmän verkkokalvolla on kolmen­laisia tappisoluja. Youngin ja Helmholtzin teorian mukaan yhdet niistä aistivat sinisen, toiset punaisen ja kolmannet vihreän värin. Teoriaa tukevat monet tosiasiat, ja nämä kolme ovatkin addi­tiivi­sessa eli valoisuutta lisää­vässä värin­muodostuksessa päävärit, joiden värisiä valoja eri suhteissa yhdistä­mällä voidaan saada aikaan kaikki muut värit, tai myös valkoiselta näyttävää valoa. Tähän perustuu RGB-väri­järjestelmä, jolla värit muodostetaan muun muassa väritelevisiosa ja tietokoneen näytöllä.
Eri väriaineita sekoitettaessa tapahtuu sen sijaan substrak­tiivinen eli valoi­suutta vähentävä värin­muodostus. Tällöin tuloksena syntyvä väri­aineiden seos heijastaa vain niitä näkyvän valon aallon­pituuksia, joita kaikki sekoitetut väri­aineet pystyvät heijastamaan, joten väri tummenee. Substrak­tiivisessa värin­muodostuksessa "pää­väreinä" voidaan pitää keltaista, magentaa ja syaania, jotka additiivisen värinmuodostuksen kannalta ovat kukin kahden päävärin yhdistelmiä. Näitä kolmea sekoittamalla voidaan saada aikaan kaikki muut värit, ja kaikkia kolmea tietyssä suhteessa sekoittamalla saadaan aikaan harmaata. Näitä kolmea väriä, sekä mustaa käytetäänkin muun muassa neliväripainossa.
Kuva­taiteissa on tapana pitää "perus­väreinä" punaista, sinistä ja keltaista. Tällä käsityksellä ei kuitenkaan ole tieteellistä perustetta.
Kappaleen väri (ellei kappale itsessään ole valonlähde, siis omavaloinen) tarkoittaa sen heijastaman valon väriä valkoisessa valaistuksessa: eri materiaalit heijastavat ja absorboivat valon eri aallonpituuksia eri lailla, mikä vaikuttaa kappaleesta siroavan valon väriin. Valkoiset kappaleet heijastavat kaikkia näkyvän valon värejä yhtä paljon.
Materiaalin väriin voidaan vaikuttaa ulkoisesti muuttamalla kappaleen lämpötilaa, jännitettä, säteilyn voimakkuutta eli intensiteettiä ja happamuutta. Näitä materiaaleja nimitetään kromogeenisiksi materiaaleiksi.
Väriaineet ovat materiaaleja, jotka on valmistettu heijastamaan ja absorboimaan haluttuja aallonpituuksia. Värillinen pinta imee tiettyjä aallonpituuksia ja heijastaa toisia, minkä vuoksi siitä heijastunut valo on värillistä.
Kappaleen pinnan aistittu väri riippuu myös valaistuksesta. Esimerkiksi valkokangas on valkoinen, mutta se loistaa elokuvateatterissa monivärisenä kun sen pintaan projisioidaan värielokuva. Yleensä pinnan värillä kuitenkin tarkoitetaan sen aiheuttamaa väriaistimusta, kun pintaa valaistaan kirkkaalla valkoisella valolla.
Mehiläisten silmistä puuttuvat punaiselle herkistyneet väriaistinsolut, mutta sen sijaan niillä on vastaavasti UV-taajuuksille herkistyneet solut. Ne ovat siis punasokeita, mutta näkevät muun muassa kukissa ihmissilmille näkymättömät mesiviitat, jotka heijastavat voimakkaasti UV-valoa.
Japanilaisella ritariperhoslajilla on voitu tutkimuksissa todeta pentakromaattinen värinäkökyky. Lajilla on viidelle eri aallonpituusalueelle herkistyneitä reseptoreita silmissään ja ne pystyvät näkemään näkyvän valon lisäksi UV- ja infrapunavalon. Useilla lintulajeilla on myös todettu erinomainen, ihmissilmän kykyjä paljon laajempi väriaisti.
Eri kulttuureissa värit määritellään eri tavoin. Kieliin on kehittynyt värejä kuvaavia sanoja sen mukaan mikä on ollut kieltä puhuville ihmisille tärkeää. Afrikan xhosilla on 26 väritermiä lehmien väreille, mutta heillä ei ole lainkaan sanaa siniselle ja vihreälle. Yleensä värejä kuvaavia omakielisiä sanoja on kolmesta yhteentoista. Esimerkiksi hantien ja mansien keskuudessa keltaista merkitsevä sana tarkoittaa myös nuoren ruohon vihreää väriä.
Värien nimet musta, valkoinen, ruskea, punainen ja vihreä ovat suomessa ja sukukielissä omaperäisiä sanoja, samoin todennäköisesti myös sininen, jota tosin on myös arveltu ikivanhaksi iranilaiseksi lainasanaksi. Vihreää arvellaan uudehkoksi johdokseksi samasta perusmuodosta kuin vihannoida tai myös viha. Vanhempi vihreää merkitsevä sana oli oletettavasti pe- alkuinen, ehkäpä pešeä. Sana valkoinen on kehittynyt itämerensuomalaisten kielten keskuudessa sanasta valo. Eräs vanhempi nimitys valkoiselle oli päje. Sana ruskea on alun perin tarkoittanut punaista, ja sanan vastineet eräissä sukukielissä merkitsevät edelleen punaista, kun taas sana punainen on alkujaan merkinnyt väriä ylipäänsä tai myös karvaa. Esimerkiksi karjalankielisen kansanlaulun sanat "ruskie neitsyt, valkie neitsyt" tarkoittavat puna- ja vaaleahiuksista tyttöä, "(aamu/ilta)rusko" kuvaa taivaan punaisia ja oransseja sävyjä, "rusko" on punaruskea hevonen, ja "ruska" kuvaa punaisia ja oransseja lehtien värejä. 
Keltainen ja harmaa ovat vanhoja lainasanoja balttilaiskielistä. Sanan keltainen balttilainen vastine on alkujaan merkinnyt keltaista väriainetta, sanan "harmaa" vastine taas on voinut merkitä harmaaturkkista eläintä. Sana "keltainen" on myös sukua sanalle kulta. Muut värien nimet ovat yleensä joko yhdistelmiä vanhoista sanoista kuten sinipunainen ja vaaleanpunainen, tai uudempia, usein ranskalaisperäisiä lainasanoja, jotka ainakin alkukielessä tarkoittavat myös jotakin sen väristä kohdetta (turkoosi on myös eräs korukivi, ja ranskassa violette tarkoittaa myös orvokkia, orange taas appelsiinia) .