Nevjerojatne sposobnosti ljudskog oka: kozmički vid i nevidljive zrake. Prva razina: Jasna vizija. Koliko male predmete možete vidjeti? Jasna vizija III

On govori o nevjerojatnim svojstvima našeg vida – od sposobnosti da vidimo daleke galaksije do sposobnosti da uhvatimo naizgled nevidljive svjetlosne valove.

Osvrnite se po sobi u kojoj se nalazite - što vidite? Zidovi, prozori, šareni predmeti - sve se čini tako poznatim i samorazumljivim. Lako je zaboraviti da svijet oko sebe vidimo samo zahvaljujući fotonima - česticama svjetlosti koje se odbijaju od predmeta i padaju na mrežnicu oka.

Postoji otprilike 126 milijuna stanica osjetljivih na svjetlost u mrežnici svakog našeg oka. Mozak dešifrira informacije primljene od tih stanica o smjeru i energiji fotona koji padaju na njih i pretvara ih u različite oblike, boje i intenzitet osvjetljenja okolnih predmeta.

Ljudski vid ima svoje granice. Dakle, nismo u mogućnosti vidjeti radio valove koje emitiraju elektronički uređaji, niti vidjeti najmanje bakterije golim okom.

Zahvaljujući napretku fizike i biologije, moguće je definirati granice prirodnog vida. "Svaki predmet koji vidimo ima određeni 'prag' ispod kojeg ga prestajemo razlikovati", kaže Michael Landy, profesor psihologije i neuroznanosti na Sveučilištu New York.

Razmotrimo prvo ovaj prag u smislu naše sposobnosti razlikovanja boja - možda prva sposobnost koja nam pada na pamet u vezi s vidom.

Autorsko pravo na sliku SPL Opis slike Čunjići su odgovorni za percepciju boja, a štapići nam pomažu vidjeti nijanse. siva boja pri slabom svjetlu

Naša sposobnost razlikovanja, npr. ljubičasta od magenta povezana je s valnom duljinom fotona koji pogode mrežnicu. U mrežnici postoje dvije vrste stanica osjetljivih na svjetlost - štapići i čunjići. Čunjići su odgovorni za percepciju boja (tzv. dnevni vid), dok nam štapići omogućuju da vidimo nijanse sive pri slabom osvjetljenju – primjerice, noću (noćni vid).

U ljudskom oku postoje tri vrste čunjića i odgovarajući broj vrsta opsina, od kojih svaki ima posebnu osjetljivost na fotone s određenim rasponom svjetlosnih valnih duljina.

Čunjići tipa S osjetljivi su na ljubičasto-plavi dio vidljivog spektra kratke valne duljine; Čunjići tipa M odgovorni su za zeleno-žuto (srednja valna duljina), a čunjići tipa L odgovorni su za žuto-crveno (duga valna duljina).

Svi ovi valovi, kao i njihove kombinacije, omogućuju nam da vidimo cijeli niz duginih boja. „Svi izvori vidljiv čovjeku Svjetlost, s iznimkom nekih umjetnih (poput lomne prizme ili lasera), emitira mješavinu različitih valnih duljina", kaže Landy.

Autorsko pravo na sliku Thinkstock Opis slike Nije svaki spektar dobar za naše oči...

Od svih fotona koji postoje u prirodi, naši čunjići mogu uhvatiti samo one koje karakterizira valna duljina u vrlo uskom rasponu (obično od 380 do 720 nanometara) - to se zove spektar vidljivo zračenje. Ispod ovog raspona su infracrveni i radio spektri - valna duljina niskoenergetskih fotona ovih potonjih varira od milimetara do nekoliko kilometara.

S druge strane vidljivog raspona valnih duljina nalazi se ultraljubičasti spektar, zatim spektar X-zraka, a zatim spektar gama-zraka s fotonima čija valna duljina ne prelazi trilijunti dio metra.

Iako je vid većine nas ograničen na vidljivi spektar, ljudi s afakijom - odsutnošću leće u oku (kao rezultat kirurška operacija s kataraktom ili, rjeđe, zbog urođene mane) - mogu vidjeti ultraljubičaste valove.

U zdravom oku, leća blokira ultraljubičaste valne duljine, ali u nedostatku leće, osoba je u stanju percipirati valne duljine do oko 300 nanometara kao plavo-bijelu boju.

Studija iz 2014. napominje da, u određenom smislu, svi možemo vidjeti i infracrvene fotone. Ako dva od ovih fotona pogode istu stanicu mrežnice gotovo istovremeno, njihova se energija može zbrojiti, pretvarajući nevidljive valne duljine od, recimo, 1000 nanometara u vidljive valne duljine od 500 nanometara (većina nas valne duljine te valne duljine doživljava kao hladne). zelene boje).

Koliko boja vidimo?

u oku zdrava osoba tri vrste čunjeva, od kojih je svaki sposoban razlikovati oko 100 različitih boja. Iz tog razloga većina istraživača procjenjuje broj boja koje možemo razlikovati na oko milijun. Međutim, percepcija boja je vrlo subjektivna i individualna.

Jameson zna o čemu govori. Proučava vid tetrakromata - ljudi s doista nadljudskim sposobnostima razlikovanja boja. Tetrakromazija je rijetka, uglavnom u žena. Kao rezultat genetske mutacije imaju dodatnu, četvrtu vrstu čunjića, koja im omogućuje, prema grubim procjenama, da vide do 100 milijuna boja. (Ljudi slijepi za boje, ili dikromati, imaju samo dvije vrste čunjića - ne mogu vidjeti više od 10 000 boja.)

Koliko nam fotona treba da vidimo izvor svjetlosti?

Općenito, češeri zahtijevaju mnogo više svjetla da bi optimalno funkcionirali od štapića. Iz tog razloga, pri slabom osvjetljenju, naša sposobnost razlikovanja boja pada, a štapići se preuzimaju na posao, pružajući crno-bijeli vid.

U idealnim laboratorijskim uvjetima, u područjima mrežnice gdje štapići uglavnom nedostaju, čunjići se mogu aktivirati kada ih pogodi samo nekoliko fotona. Međutim, štapići rade još bolji posao hvatanja i najslabijeg svjetla.

Autorsko pravo na sliku SPL Opis slike Nakon operacije oka, neki ljudi dobiju sposobnost da vide ultraljubičasto svjetlo.

Kao što pokazuju pokusi prvi put provedeni 1940-ih godina, dovoljan je jedan kvant svjetlosti da ga naše oko vidi. "Osoba može vidjeti samo jedan foton", kaže Brian Wandell, profesor psihologije i elektrotehnike na Sveučilištu Stanford. "Veća osjetljivost mrežnice jednostavno nema smisla."

Godine 1941. istraživači sa Sveučilišta Columbia proveli su eksperiment - ispitanici su dovedeni u mračnu sobu i dato im je određeno vrijeme da se oči prilagode. Štapićima je potrebno nekoliko minuta da postignu punu osjetljivost; zato, kada ugasimo svjetlo u sobi, nakratko gubimo sposobnost da išta vidimo.

Zatim je bljeskajuće plavo-zeleno svjetlo usmjereno na lica ispitanika. S vjerojatnošću većom od normalne šanse, sudionici eksperimenta zabilježili su bljesak svjetlosti kada su samo 54 fotona pogodila mrežnicu.

Fotoosjetljive stanice ne registriraju sve fotone koji dospiju do mrežnice. S obzirom na tu okolnost, znanstvenici su došli do zaključka da je dovoljno samo pet fotona koji aktiviraju pet različitih štapića u mrežnici da bi čovjek vidio bljesak.

Najmanji i najudaljeniji vidljivi objekti

Sljedeća činjenica mogla bi vas iznenaditi: naša sposobnost da vidimo objekt uopće ne ovisi o njegovoj fizičkoj veličini ili udaljenosti, već o tome hoće li barem nekoliko fotona koje on emitira pogoditi našu mrežnicu.

"Jedina stvar koju oko treba da nešto vidi je određena količina svjetlosti koju emitira ili reflektira objekt", kaže Landy. "Sve se svodi na broj fotona koji stižu do mrežnice. postoji samo djelić vremena drugo, još uvijek ga možemo vidjeti ako emitira dovoljno fotona."

Autorsko pravo na sliku Thinkstock Opis slike Dovoljan je mali broj fotona da oko vidi svjetlost.

Udžbenici psihologije često navode da se u tamnoj noći bez oblaka plamen svijeće može vidjeti s udaljenosti i do 48 km. U stvarnosti, naša je mrežnica neprestano bombardirana fotonima, tako da će se jedan jedini kvant svjetlosti emitiran s velike udaljenosti jednostavno izgubiti u njihovoj pozadini.

Da zamislimo koliko daleko možemo vidjeti, pogledajmo noćno nebo posuto zvijezdama. Veličine zvijezda su ogromne; mnogi od onih koje vidimo golim okom imaju milijune kilometara u promjeru.

No, i nama najbliže zvijezde nalaze se na udaljenosti većoj od 38 trilijuna kilometara od Zemlje, pa su njihove prividne veličine toliko male da ih naše oko ne može razlikovati.

S druge strane, zvijezde još uvijek promatramo kao svijetle točkaste izvore svjetlosti, jer fotoni koje emitiraju svladavaju goleme udaljenosti koje nas dijele i pogađaju našu mrežnicu.

Autorsko pravo na sliku Thinkstock Opis slike Oštrina vida opada kako se udaljenost od objekta povećava

Sve pojedinačne vidljive zvijezde na noćnom nebu nalaze se u našoj galaksiji – Mliječnoj stazi. Najudaljeniji objekt od nas koji čovjek može vidjeti golim okom nalazi se izvan Mliječne staze i sam je zvjezdani skup - to je maglica Andromeda, koja se nalazi na udaljenosti od 2,5 milijuna svjetlosnih godina, ili 37 kvintilijuna km, od nas. Sunce. (Neki ljudi tvrde da im u posebno tamnim noćima oštar vid omogućuje da vide galaksiju Trokut, koja se nalazi na udaljenosti od oko 3 milijuna svjetlosnih godina, ali neka im ta izjava ostane na savjesti.)

Maglica Andromeda sadrži trilijun zvijezda. Zbog velike udaljenosti sva se ta svjetiljka stapaju za nas u jedva razaznatljivu mrlju svjetlosti. U isto vrijeme, veličina Andromedine maglice je kolosalna. Čak i na tako golemoj udaljenosti, njegova kutna veličina je šest puta veća od promjera punog Mjeseca. Međutim, toliko malo fotona dopire do nas iz ove galaksije da je jedva vidljiva na noćnom nebu.

Granica vidne oštrine

Zašto ne možemo vidjeti pojedinačne zvijezde u Andromedinoj maglici? Činjenica je da razlučivost ili oštrina vida ima svoja ograničenja. (Oštrina vida odnosi se na sposobnost razlikovanja elemenata poput točke ili linije kao zasebnih objekata koji se ne stapaju sa susjednim objektima ili s pozadinom.)

Zapravo se oštrina vida može opisati na isti način kao i rezolucija monitora računala – minimalnom veličinom piksela koje ipak možemo razlikovati kao pojedinačne točke.

Autorsko pravo na sliku SPL Opis slike Dovoljno svijetli objekti mogu se vidjeti na udaljenosti od nekoliko svjetlosnih godina

Granice vidne oštrine ovise o nekoliko čimbenika - kao što je udaljenost između pojedinačnih čunjića i štapića u mrežnici. Jednako važnu ulogu imaju i optičke karakteristike očna jabučica, zbog čega ne pogađa svaki foton stanicu osjetljivu na svjetlost.

U teoriji, studije pokazuju da je naša vidna oštrina ograničena našom sposobnošću da vidimo oko 120 piksela po kutnom stupnju (mjerna jedinica kuta).

Praktična ilustracija granica ljudske vidne oštrine može se pronaći na daljinu ispružene ruke predmet veličine nokta sa 60 vodoravnih i 60 okomitih linija naslikanih naizmjenično bijelom i crnom bojom, tvoreći svojevrsnu šahovsku ploču. "To je vjerojatno najmanji crtež koji ljudsko oko još može razabrati", kaže Landy.

Na tom se principu temelje tablice koje koriste oftalmolozi za provjeru vidne oštrine. Najpoznatija Sivcevljeva tablica u Rusiji sastoji se od redova crnih velikih slova na bijeloj pozadini, čija se veličina slova smanjuje sa svakim redom.

Oštrina vida osobe određena je veličinom fonta pri kojoj prestaje jasno vidjeti konture slova i počinje ih zbunjivati.

Autorsko pravo na sliku Thinkstock Opis slike Grafikoni vidne oštrine koriste crna slova na bijeloj pozadini.

Upravo granica vidne oštrine objašnjava činjenicu da golim okom ne možemo vidjeti biološku stanicu veličine svega nekoliko mikrometara.

Ali nemoj se uzrujavati zbog toga. Sposobnost razlikovanja milijuna boja, hvatanja pojedinačnih fotona i gledanja galaksija udaljenih nekoliko kvintilijuna kilometara prilično je dobar rezultat, s obzirom na to da naš vid osigurava par kuglica poput želea u očnim dupljama, povezanih s 1,5 kg mase. porozna masa u lubanji.

17. kolovoza 2015. u 09:25 sati

Pozivamo vas da naučite o nevjerojatnim svojstvima našeg vida - od sposobnosti da vidite daleke galaksije do sposobnosti da uhvatite naizgled nevidljive svjetlosne valove.

Osvrnite se po sobi u kojoj se nalazite - što vidite? Zidovi, prozori, šareni predmeti - sve se čini tako poznatim i samorazumljivim. Lako je zaboraviti da svijet oko sebe vidimo samo zahvaljujući fotonima - česticama svjetlosti koje se odbijaju od predmeta i padaju na mrežnicu oka.

Postoji otprilike 126 milijuna stanica osjetljivih na svjetlost u mrežnici svakog našeg oka. Mozak dešifrira informacije primljene od tih stanica o smjeru i energiji fotona koji padaju na njih i pretvara ih u različite oblike, boje i intenzitet osvjetljenja okolnih predmeta.

Ljudski vid ima svoje granice. Dakle, nismo u mogućnosti vidjeti radio valove koje emitiraju elektronički uređaji, niti vidjeti najmanje bakterije golim okom.

Zahvaljujući napretku fizike i biologije, moguće je definirati granice prirodnog vida. "Svaki predmet koji vidimo ima određeni 'prag' ispod kojeg ga prestajemo razlikovati", kaže Michael Landy, profesor psihologije i neuroznanosti na Sveučilištu New York.

Razmotrimo prvo ovaj prag u smislu naše sposobnosti razlikovanja boja - možda prva sposobnost koja nam pada na pamet u vezi s vidom.

Naša sposobnost razlikovanja, na primjer, ljubičaste od magenta povezana je s valnom duljinom fotona koji pogađaju mrežnicu oka. U mrežnici postoje dvije vrste stanica osjetljivih na svjetlost - štapići i čunjići. Čunjići su odgovorni za percepciju boja (tzv. dnevni vid), dok nam štapići omogućuju da vidimo nijanse sive pri slabom osvjetljenju – primjerice, noću (noćni vid).

U ljudskom oku postoje tri vrste čunjića i odgovarajući broj vrsta opsina, od kojih svaki ima posebnu osjetljivost na fotone s određenim rasponom svjetlosnih valnih duljina.

Čunjići tipa S osjetljivi su na ljubičasto-plavi dio vidljivog spektra kratke valne duljine; Čunjići tipa M odgovorni su za zeleno-žuto (srednja valna duljina), a čunjići tipa L odgovorni su za žuto-crveno (duga valna duljina).

Svi ovi valovi, kao i njihove kombinacije, omogućuju nam da vidimo cijeli niz duginih boja. "Svi izvori svjetlosti vidljive ljudima, s iznimkom brojnih umjetnih (kao što su lomna prizma ili laser), emitiraju mješavinu valnih duljina", kaže Landy.

Od svih fotona koji postoje u prirodi, naši čunjići mogu uhvatiti samo one koje karakterizira valna duljina u vrlo uskom rasponu (obično od 380 do 720 nanometara) - to se zove vidljivi spektar zračenja. Ispod ovog raspona su infracrveni i radio spektri - valna duljina niskoenergetskih fotona ovih potonjih varira od milimetara do nekoliko kilometara.

S druge strane vidljivog raspona valnih duljina nalazi se ultraljubičasti spektar, zatim spektar X-zraka, a zatim spektar gama-zraka s fotonima čija valna duljina ne prelazi trilijunti dio metra.

Iako je vid većine nas ograničen na vidljivi spektar, ljudi s afakijom - odsutnošću leće u oku (kao posljedica operacije katarakte ili, rjeđe, urođene mane) - mogu vidjeti ultraljubičaste valove.

U zdravom oku, leća blokira ultraljubičaste valne duljine, ali u nedostatku leće, osoba je u stanju percipirati valne duljine do oko 300 nanometara kao plavo-bijelu boju.

Studija iz 2014. napominje da, u određenom smislu, svi možemo vidjeti i infracrvene fotone. Ako dva od ovih fotona udare u istu stanicu mrežnice gotovo istovremeno, njihova se energija može zbrojiti, pretvarajući nevidljive valne duljine od, recimo, 1000 nanometara u vidljive valne duljine od 500 nanometara (većina nas percipira valne duljine ove valne duljine kao hladnu zelenu boju) .

Koliko boja vidimo?

U zdravom ljudskom oku postoje tri vrste čunjića, od kojih je svaki sposoban razlikovati oko 100 različitih nijansi boja. Iz tog razloga većina istraživača procjenjuje broj boja koje možemo razlikovati na oko milijun. Međutim, percepcija boja je vrlo subjektivna i individualna.

Jameson zna o čemu govori. Proučava vid tetrakromata - ljudi s doista nadljudskim sposobnostima razlikovanja boja. Tetrakromazija je rijetka, uglavnom u žena. Kao rezultat genetske mutacije imaju dodatnu, četvrtu vrstu čunjića, koja im omogućuje, prema grubim procjenama, da vide do 100 milijuna boja. (Ljudi slijepi za boje, ili dikromati, imaju samo dvije vrste čunjića - ne mogu vidjeti više od 10 000 boja.)

Koliko nam fotona treba da vidimo izvor svjetlosti?

Općenito, češeri zahtijevaju mnogo više svjetla da bi optimalno funkcionirali od štapića. Iz tog razloga, pri slabom osvjetljenju, naša sposobnost razlikovanja boja pada, a štapići se preuzimaju na posao, pružajući crno-bijeli vid.

U idealnim laboratorijskim uvjetima, u područjima mrežnice gdje štapići uglavnom nedostaju, čunjići se mogu aktivirati kada ih pogodi samo nekoliko fotona. Međutim, štapići rade još bolji posao hvatanja i najslabijeg svjetla.

Kao što pokazuju pokusi prvi put provedeni 1940-ih godina, dovoljan je jedan kvant svjetlosti da ga naše oko vidi. "Osoba može vidjeti samo jedan foton", kaže Brian Wandell, profesor psihologije i elektrotehnike na Sveučilištu Stanford. "Veća osjetljivost mrežnice jednostavno nema smisla."

Godine 1941. istraživači sa Sveučilišta Columbia proveli su eksperiment - ispitanici su dovedeni u mračnu sobu i dato im je određeno vrijeme da se oči prilagode. Štapićima je potrebno nekoliko minuta da postignu punu osjetljivost; zato, kada ugasimo svjetlo u sobi, nakratko gubimo sposobnost da išta vidimo.

Zatim je bljeskajuće plavo-zeleno svjetlo usmjereno na lica ispitanika. S vjerojatnošću većom od normalne šanse, sudionici eksperimenta zabilježili su bljesak svjetlosti kada su samo 54 fotona pogodila mrežnicu.

Fotoosjetljive stanice ne registriraju sve fotone koji dospiju do mrežnice. S obzirom na tu okolnost, znanstvenici su došli do zaključka da je dovoljno samo pet fotona koji aktiviraju pet različitih štapića u mrežnici da bi čovjek vidio bljesak.

Najmanji i najudaljeniji vidljivi objekti

Sljedeća činjenica mogla bi vas iznenaditi: naša sposobnost da vidimo objekt uopće ne ovisi o njegovoj fizičkoj veličini ili udaljenosti, već o tome hoće li barem nekoliko fotona koje on emitira pogoditi našu mrežnicu.

"Jedina stvar koju oko treba da nešto vidi je određena količina svjetlosti koju emitira ili reflektira objekt", kaže Landy. "Sve se svodi na broj fotona koji stižu do mrežnice. postoji samo djelić vremena drugo, još uvijek ga možemo vidjeti ako emitira dovoljno fotona."

Udžbenici psihologije često navode da se u tamnoj noći bez oblaka plamen svijeće može vidjeti s udaljenosti i do 48 km. U stvarnosti, naša je mrežnica neprestano bombardirana fotonima, tako da će se jedan jedini kvant svjetlosti emitiran s velike udaljenosti jednostavno izgubiti u njihovoj pozadini.

Da zamislimo koliko daleko možemo vidjeti, pogledajmo noćno nebo posuto zvijezdama. Veličine zvijezda su ogromne; mnogi od onih koje vidimo golim okom imaju milijune kilometara u promjeru.

No, i nama najbliže zvijezde nalaze se na udaljenosti većoj od 38 trilijuna kilometara od Zemlje, pa su njihove prividne veličine toliko male da ih naše oko ne može razlikovati.

S druge strane, zvijezde još uvijek promatramo kao svijetle točkaste izvore svjetlosti, jer fotoni koje emitiraju svladavaju goleme udaljenosti koje nas dijele i pogađaju našu mrežnicu.

Sve pojedinačne vidljive zvijezde na noćnom nebu nalaze se u našoj galaksiji – Mliječnoj stazi. Najudaljeniji objekt od nas koji čovjek može vidjeti golim okom nalazi se izvan Mliječne staze i sam je zvjezdani skup - to je maglica Andromeda, koja se nalazi na udaljenosti od 2,5 milijuna svjetlosnih godina, ili 37 kvintilijuna km, od nas. Sunce. (Neki ljudi tvrde da im u posebno tamnim noćima oštar vid omogućuje da vide galaksiju Trokut, koja se nalazi na udaljenosti od oko 3 milijuna svjetlosnih godina, ali neka im ta izjava ostane na savjesti.)

Maglica Andromeda sadrži trilijun zvijezda. Zbog velike udaljenosti sva se ta svjetiljka stapaju za nas u jedva razaznatljivu mrlju svjetlosti. U isto vrijeme, veličina Andromedine maglice je kolosalna. Čak i na tako golemoj udaljenosti, njegova kutna veličina je šest puta veća od promjera punog Mjeseca. Međutim, toliko malo fotona dopire do nas iz ove galaksije da je jedva vidljiva na noćnom nebu.

Granica vidne oštrine

Zašto ne možemo vidjeti pojedinačne zvijezde u Andromedinoj maglici? Činjenica je da razlučivost ili oštrina vida ima svoja ograničenja. (Oštrina vida odnosi se na sposobnost razlikovanja elemenata poput točke ili linije kao zasebnih objekata koji se ne stapaju sa susjednim objektima ili s pozadinom.)

Zapravo se oštrina vida može opisati na isti način kao i rezolucija monitora računala – minimalnom veličinom piksela koje ipak možemo razlikovati kao pojedinačne točke.

Granice vidne oštrine ovise o nekoliko čimbenika - kao što je udaljenost između pojedinačnih čunjića i štapića u mrežnici. Jednako važnu ulogu imaju i optičke karakteristike same očne jabučice, zbog kojih svaki foton ne pogađa fotoosjetljivu ćeliju.

U teoriji, studije pokazuju da je naša vidna oštrina ograničena našom sposobnošću da vidimo oko 120 piksela po kutnom stupnju (mjerna jedinica kuta).

Praktična ilustracija granica ljudske oštrine vida može biti predmet veličine nokta koji se nalazi na dužini ruke na kojem je aplicirano 60 vodoravnih i 60 okomitih linija naizmjenične bijele i crne boje, tvoreći svojevrsnu šahovsku ploču. "To je vjerojatno najmanji crtež koji ljudsko oko još može razabrati", kaže Landy.

Na tom se principu temelje tablice koje koriste oftalmolozi za provjeru vidne oštrine. Najpoznatija Sivcevljeva tablica u Rusiji sastoji se od redova crnih velikih slova na bijeloj pozadini, čija se veličina slova smanjuje sa svakim redom.

Oštrina vida osobe određena je veličinom fonta pri kojoj prestaje jasno vidjeti konture slova i počinje ih zbunjivati.

Upravo granica vidne oštrine objašnjava činjenicu da golim okom ne možemo vidjeti biološku stanicu veličine svega nekoliko mikrometara.

Ali nemoj se uzrujavati zbog toga. Sposobnost razlikovanja milijuna boja, hvatanja pojedinačnih fotona i gledanja galaksija udaljenih nekoliko kvintilijuna kilometara prilično je dobar rezultat, s obzirom na to da naš vid osigurava par kuglica poput želea u očnim dupljama, povezanih s 1,5 kg mase. porozna masa u lubanji.

Površina Zemlje se zakrivi i nestane iz vidnog polja na udaljenosti od 5 kilometara. Ali oštrina našeg vida omogućuje nam da vidimo daleko iza horizonta. Da je Zemlja ravna ili da stojite na vrhu planine i gledate mnogo veće područje planete nego inače, mogli biste vidjeti jaka svjetla stotinama milja daleko. U tamnoj noći mogli ste vidjeti čak i plamen svijeće koji se nalazi 48 kilometara od vas.

Koliko daleko ljudsko oko može vidjeti ovisi o tome koliko čestica svjetlosti, odnosno fotona, emitira udaljeni objekt. Najudaljeniji objekt vidljiv golim okom je maglica Andromeda, koja se nalazi na velikoj udaljenosti od 2,6 milijuna svjetlosnih godina od Zemlje. Jedan trilijun zvijezda u ovoj galaksiji emitira ukupno dovoljno svjetla da se nekoliko tisuća fotona svake sekunde sudari sa svakim kvadratnim centimetrom zemljine površine. U tamnoj noći ta je količina dovoljna za aktivaciju mrežnice.

Godine 1941. specijalist za vid Selig Hecht i njegovi kolege sa Sveučilišta Columbia napravili su nešto što se još uvijek smatra pouzdanom mjerom apsolutnog praga vida - minimalnog broja fotona koji moraju ući u mrežnicu da bi izazvali svijest o vizualnoj percepciji. Eksperiment je postavio prag pod idealnim uvjetima: očima sudionika dano je vremena da se potpuno prilagode na apsolutni mrak, plavo-zeleni bljesak svjetlosti koji je djelovao kao podražaj imao je valnu duljinu od 510 nanometara (na koju su oči najosjetljivije), a svjetlost je bila usmjerena na periferni rub mrežnice.ispunjena štapićastim stanicama koje prepoznaju svjetlost.

Prema riječima znanstvenika, da bi sudionici eksperimenta mogli prepoznati takav bljesak svjetlosti u više od polovice slučajeva, u očne jabučice moralo je pasti od 54 do 148 fotona. Na temelju mjerenja apsorpcije mrežnice, znanstvenici su izračunali da štapići ljudske mrežnice u prosjeku apsorbiraju 10 fotona. Dakle, apsorpcija 5-14 fotona, odnosno aktivacija 5-14 štapića, ukazuje mozgu da nešto vidite.

“To je zaista vrlo mali iznos. kemijske reakcije“, istaknuli su Hecht i njegovi kolege u članku o ovom eksperimentu.

Uzimajući u obzir apsolutni prag, svjetlinu plamena svijeće i procijenjenu udaljenost na kojoj se svjetleći objekt zatamnjuje, znanstvenici su zaključili da osoba može razaznati slabo titranje plamena svijeće na udaljenosti od 48 kilometara.

Objekti veličine čovjeka mogu se razlikovati kao prošireni na udaljenosti od samo oko 3 kilometra. Za usporedbu, na ovoj udaljenosti mogli bismo jasno razlikovati dva prednja svjetla automobila. Ali na kojoj udaljenosti možemo prepoznati da je objekt više od pukog treptaja svjetla? Da bi neki objekt izgledao prostorno proširen, a ne kao točka, svjetlo s njega mora aktivirati najmanje dva susjedna čunjića retine – stanice odgovorne za vid boja. U idealnom slučaju, objekt bi trebao ležati pod kutom od najmanje 1 kutne minute, ili jedne šestine stupnja, kako bi pobudio susjedne čunjeve. Ova kutna mjera ostaje ista bez obzira na to je li objekt blizu ili daleko (udaljeni objekt mora biti puno veći da bi bio pod istim kutom kao i bliski). Puni Mjesec leži pod kutom od 30 lučnih minuta, dok je Venera jedva vidljiva kao prošireni objekt pod kutom od oko 1 lučne minute.

Od viđenja dalekih galaksija udaljenih svjetlosnim godinama do viđenja nevidljivih boja, BBC-jev novinar Adam Hadhazy objašnjava zašto vaše oči mogu činiti nevjerojatne stvari. Razgledaj okolo. Što vidiš? Sve te boje, zidovi, prozori, sve izgleda očito, kao da bi trebalo biti ovdje. Ideja da sve to vidimo zahvaljujući česticama svjetlosti – fotonima – koji se odbijaju od tih predmeta i dospijevaju u naše oči čini se nevjerojatnom.

Ovo bombardiranje fotonima apsorbira približno 126 milijuna fotoosjetljivih stanica. Različiti smjerovi i energije fotona prenose se u naš mozak različite forme, boje, svjetlina, ispunjavajući naš raznobojni svijet slikama.

Naša izvanredna vizija očito ima niz ograničenja. Ne možemo vidjeti radio valove koji dolaze iz našeg elektronički uređaji ne možemo vidjeti bakterije pod nosom. Ali s napretkom u fizici i biologiji, možemo identificirati temeljna ograničenja prirodnog vida. “Sve što možete vidjeti ima prag, najnižu razinu koju ne možete vidjeti iznad ili ispod”, kaže Michael Landy, profesor neuroznanosti na Sveučilištu New York.

Počnimo promatrati ove vizualne pragove kroz prizmu - oprostite na dosjetki - koje mnogi povezuju s vidom na prvom mjestu: boja.

Zašto vidimo ljubičasto, a ne smeđe ovisi o energiji ili valnoj duljini fotona koji pogađaju mrežnicu koja se nalazi na stražnjem dijelu naših očnih jabučica. Postoje dvije vrste fotoreceptora, štapići i čunjići. Čunjići su odgovorni za boju, dok nam štapići omogućuju da vidimo nijanse sive u uvjetima slabog osvjetljenja, primjerice noću. Opsini, ili molekule pigmenta, u stanicama retine apsorbiraju elektromagnetsku energiju upadnih fotona, generirajući električni impuls. Ovaj signal prolazi optički živac u mozak, gdje se rađa svjesna percepcija boja i slika.

Imamo tri vrste čunjića i odgovarajućih opsina, od kojih je svaki osjetljiv na fotone određene valne duljine. Ti su čunjići označeni S, M i L (kratke, srednje i duge valne duljine). Kratke valove doživljavamo kao plave, duge kao crvene. Valne duljine između njih i njihove kombinacije pretvaraju se u potpunu dugu. "Sva svjetlost koju vidimo, osim umjetno stvorene prizmama ili pametnim uređajima poput lasera, mješavina je različitih valnih duljina", kaže Landy.

Od svih mogućih valnih duljina fotona, naši čunjići detektiraju mali pojas od 380 do 720 nanometara - ono što nazivamo vidljivim spektrom. Izvan našeg spektra percepcije, postoji infracrveni i radio spektar, pri čemu potonji ima raspon valnih duljina od milimetra do kilometra.

Iznad našeg vidljivog spektra, na višim energijama i kraćim valnim duljinama, nalazimo ultraljubičasti spektar, zatim X-zrake, a na vrhu spektar gama zraka, s valnim duljinama do jednog bilijuna metara.

Iako je većina nas ograničena na vidljivi spektar, ljudi s afakijom (nedostatkom leće) mogu vidjeti u ultraljubičastom spektru. Afakija se obično stvara zbog promptno uklanjanje katarakte ili urođene mane. Obično leća blokira ultraljubičasto svjetlo, tako da bez nje ljudi mogu vidjeti izvan vidljivog spektra i percipirati valne duljine do 300 nanometara u plavičastoj boji.

Studija iz 2014. pokazala je da, relativno govoreći, svi možemo vidjeti infracrvene fotone. Ako dva infracrvena fotona slučajno pogode stanicu mrežnice gotovo istovremeno, njihova energija se kombinira, pretvarajući njihovu valnu duljinu iz nevidljive (npr. 1000 nanometara) u vidljivu od 500 nanometara (hladno zelena za većinu očiju).

Zdravo ljudsko oko ima tri vrste čunjića od kojih svaki može razlikovati oko 100 različitih nijansi boja, pa se većina istraživača slaže da naše oči općenito mogu razlikovati oko milijun nijansi. No, percepcija boja prilično je subjektivna sposobnost koja se razlikuje od osobe do osobe, pa je prilično teško odrediti točne brojke.

"Prilično je teško to pretočiti u brojke", kaže Kimberly Jamison, istraživačica na Kalifornijskom sveučilištu Irvine. “Ono što jedna osoba vidi može biti samo djelić boja koje vidi druga osoba.”

Jamison zna o čemu govori jer radi s "tetrakromatima" - ljudima s "nadljudskim" vidom. Ovi rijetki pojedinci, uglavnom žene, imaju genetsku mutaciju koja im daje dodatni četvrti čunj. Grubo govoreći, zahvaljujući četvrtom nizu čunjića, tetrakromati mogu vidjeti 100 milijuna boja. (Ljudi s daltonizmom, dikromati, imaju samo dvije vrste čunjića i vide oko 10 000 boja.)

Koji je minimalni broj fotona koje trebamo vidjeti?

Da bi vid u boji funkcionirao, čunjići općenito trebaju puno više svjetla nego njihovi štapići. Stoga u uvjetima slabog osvjetljenja boja "izblijeđuje" jer monokromatski štapići dolaze do izražaja.

U idealnim laboratorijskim uvjetima iu područjima mrežnice gdje štapići uglavnom nedostaju, čunjići se mogu aktivirati samo šačicom fotona. Ipak, štapići se bolje snalaze u uvjetima difuznog svjetla. Kao što su eksperimenti iz 1940-ih pokazali, dovoljan je jedan kvant svjetlosti da privuče našu pozornost. "Ljudi mogu reagirati na jedan foton", kaže Brian Wandell, profesor psihologije i elektrotehnike na Stanfordu. "Nema smisla biti još osjetljiviji."

Godine 1941. istraživači sa Sveučilišta Columbia stavili su ljude u mračnu sobu i pustili im oči da se prilagode. Bilo je potrebno nekoliko minuta da štapići postignu punu osjetljivost - zbog čega imamo problema s vidom kada se svjetla iznenada ugase.

Znanstvenici su zatim upalili plavo-zeleno svjetlo ispred lica ispitanika. Na razini koja premašuje statističku vjerojatnost, sudionici su mogli detektirati svjetlost kada su prva 54 fotona dosegla njihove oči.

Nakon što su nadoknadili gubitak fotona kroz apsorpciju od strane drugih komponenti oka, znanstvenici su otkrili da je samo pet fotona aktiviralo pet odvojenih štapića koji su sudionicima davali osjećaj svjetlosti.

Koja je granica najmanjeg i najdaljeg što možemo vidjeti?

Ova činjenica bi vas mogla iznenaditi: ne postoji unutarnje ograničenje najmanja ili najudaljenija stvar koju možemo vidjeti. Sve dok predmeti bilo koje veličine, na bilo kojoj udaljenosti, odašilju fotone stanicama mrežnice, možemo ih vidjeti.

“Sve što oko zanima je količina svjetlosti koja pada u oko”, kaže Landy. - Ukupan broj fotona. Možete napraviti izvor svjetlosti smiješno malim i udaljenim, ali ako emitira snažne fotone, vidjet ćete ga.”

Na primjer, uvriježeno mišljenje kaže da u tamnoj, vedroj noći možemo vidjeti plamen svijeće s udaljenosti od 48 kilometara. U praksi će se, naravno, naše oči jednostavno okupati u fotonima, pa će se lutajući svjetlosni kvanti s velikih udaljenosti jednostavno izgubiti u ovoj zbrci. "Kada povećate intenzitet pozadine, povećava se količina svjetla koja vam je potrebna da nešto vidite", kaže Landy.

Noćno nebo, s tamnom pozadinom posutom zvijezdama, upečatljiv je primjer dometa našeg vida. Zvijezde su ogromne; mnoge od onih koje vidimo na noćnom nebu imaju milijune kilometara u promjeru. Ali čak su i najbliže zvijezde udaljene najmanje 24 trilijuna kilometara od nas, pa su stoga tako male za naše oči da ih ne možete razaznati. Ipak, vidimo ih kao snažne zračeće točke svjetlosti dok fotoni prelaze kozmičke udaljenosti i udaraju u naše oči.

Sve pojedinačne zvijezde koje vidimo na noćnom nebu nalaze se u našoj galaksiji – Mliječnoj stazi. Najudaljeniji objekt koji možemo vidjeti golim okom nalazi se izvan naše vlastite galaksije: galaksija Andromeda, udaljena 2,5 milijuna svjetlosnih godina. (Iako je ovo diskutabilno, neki pojedinci tvrde da mogu vidjeti galaksiju Trokut na izuzetno tamnom noćnom nebu, a udaljena je tri milijuna svjetlosnih godina, samo im treba vjerovati na riječ).

Trilijun zvijezda u galaksiji Andromeda, s obzirom na njezinu udaljenost, zamagljuje se u mutnu sjajnu mrlju neba. A ipak je njegova veličina kolosalna. Što se tiče prividne veličine, čak i udaljena kvintilijuna kilometara, ova je galaksija šest puta šira od punog Mjeseca. Međutim, toliko malo fotona dopire do naših očiju da je ovo nebesko čudovište gotovo nevidljivo.

Koliko oštar vid može biti?

Zašto ne možemo vidjeti pojedinačne zvijezde u galaksiji Andromeda? Ograničenja naše vizualne rezolucije ili vidne oštrine nameću vlastita ograničenja. Oštrina vida je sposobnost razlikovanja detalja kao što su točke ili linije odvojeno jedni od drugih tako da se ne spajaju. Dakle, o granicama vida možemo razmišljati kao o broju "točaka" koje možemo razlikovati.

Ograničenja vidne oštrine postavljaju nekoliko čimbenika, kao što je udaljenost između čunjića i štapića upakiranih u mrežnicu. Važna je i sama optika očne jabučice koja, kako smo već rekli, onemogućuje prodor svih mogućih fotona do stanica osjetljivih na svjetlost.

Teoretski, studije su pokazale da najbolje što možemo vidjeti je oko 120 piksela po stupnju luka, jedinica mjerenja kuta. Možete ga zamisliti kao crno-bijelu šahovsku ploču veličine 60x60 koja stane na nokat ispružene ruke. "To je najjasniji obrazac koji možete vidjeti", kaže Landy.

Test oka, poput tablice s malim slovima, vodi se istim principima. Iste te granice oštrine objašnjavaju zašto ne možemo razlikovati i fokusirati se na jednu tamnu biološka stanicaširok nekoliko mikrometara.

Ali nemojte se otpisivati. Milijun boja, pojedinačni fotoni, galaktički svjetovi udaljeni kvintilijunima kilometara - nije loše za mjehurić želea u našim očnim dupljama, povezan sa spužvom od 1,4 kilograma u našim lubanjama.

Površina Zemlje u vašem vidnom polju počinje se krivudati na udaljenosti od oko 5 km. Ali oštrina ljudskog vida omogućuje vam da vidite mnogo dalje od horizonta. Da nema zakrivljenosti, mogli biste vidjeti plamen svijeće 50 km od sebe.

Domet vida ovisi o broju fotona koje emitira udaljeni objekt. 1 000 000 000 000 zvijezda u ovoj galaksiji zajedno emitiraju dovoljno svjetla da nekoliko tisuća fotona dosegne svaku četvornu milju. vidi Zemlju. Ovo je dovoljno za uzbuđenje mrežnice ljudsko oko.

Budući da je nemoguće provjeriti oštrinu ljudskog vida dok je na Zemlji, znanstvenici su pribjegli matematičkim izračunima. Otkrili su da je potrebno između 5 i 14 fotona da pogode mrežnicu kako bi vidjeli treperavu svjetlost. Plamen svijeće na udaljenosti od 50 km, uzimajući u obzir raspršenje svjetlosti, daje ovu količinu, a mozak prepoznaje slab sjaj.

Kako doznati nešto osobno o sugovorniku po njegovim izgled

Tajne "sova" za koje "ševe" ne znaju

Kako radi brainmail – prijenos poruka od mozga do mozga putem interneta

Zašto je dosada potrebna?

"Čovjek magnet": Kako postati karizmatičniji i privući ljude k sebi

25 citata koji će probuditi vašeg unutarnjeg borca

Kako razviti samopouzdanje

Je li moguće "očistiti tijelo od toksina"?

5 razloga zašto će ljudi za zločin uvijek kriviti žrtvu, a ne počinitelja

Eksperiment: čovjek pije 10 limenki kole dnevno da dokaže njenu štetnost