Az emberi szem csodálatos képességei: kozmikus látás és láthatatlan sugarak. Első szint: tiszta látás. Milyen kicsi tárgyakat látsz? Tiszta látás III

Látásunk elképesztő tulajdonságairól beszél – a távoli galaxisok látásának képességétől a láthatatlannak tűnő fényhullámok rögzítéséig.

Nézz körül a szobában, ahol vagy – mit látsz? Falak, ablakok, színes tárgyak – mindez annyira ismerősnek és magától értetődőnek tűnik. Könnyű elfelejteni, hogy a körülöttünk lévő világot csak a fotonoknak - a tárgyakról visszaverődő és a szem retinájára eső fényrészecskéknek köszönhetően - látjuk.

Minden szemünk retinájában körülbelül 126 millió fényérzékeny sejt található. Az agy megfejti az ezektől a sejtektől kapott információkat a rájuk eső fotonok irányáról és energiájáról, és a környező tárgyak különböző formáivá, színeivé és megvilágítási intenzitásává alakítja.

Az emberi látásnak megvannak a határai. Így szabad szemmel nem láthatjuk az elektronikus eszközök által kibocsátott rádióhullámokat, és nem látjuk a legkisebb baktériumokat sem.

A fizika és a biológia fejlődésének köszönhetően meg lehet határozni a természetes látás határait. "Minden objektumnak, amit látunk, van egy bizonyos "küszöb", amely alatt nem tudjuk megkülönböztetni őket" - mondja Michael Landy, a New York-i Egyetem pszichológia és idegtudomány professzora.

Először nézzük meg ezt a küszöböt a színek megkülönböztetésének képessége szempontjából – talán ez a legelső képesség, ami eszünkbe jut a látással kapcsolatban.

A kép szerzői joga SPL Képaláírás A színérzékelésért a kúpok felelősek, a rudak pedig segítenek az árnyalatok meglátásában. szürke színű gyenge fényben

Az a képességünk, hogy meg tudjuk különböztetni pl. lila a bíborvöröstől a retinát érő fotonok hullámhosszához kapcsolódik. A retinában kétféle fényérzékeny sejt található – rudak és kúpok. A kúpok felelősek a színérzékelésért (úgynevezett nappali látás), míg a rudak lehetővé teszik számunkra, hogy gyenge fényviszonyok mellett is meglássuk a szürke árnyalatait - például éjszaka (éjszakai látás).

Az emberi szemben háromféle kúp és ennek megfelelő számú opszin létezik, amelyek mindegyike különleges érzékenységgel rendelkezik bizonyos fényhullámhossz-tartományú fotonokkal szemben.

Az S-típusú kúpok érzékenyek a látható spektrum ibolya-kék, rövid hullámhosszú részére; Az M-típusú kúpok felelősek a zöld-sárgáért (közepes hullámhossz), az L-típusú kúpok pedig a sárga-vörösért (hosszú hullámhossz).

Mindezek a hullámok, valamint kombinációik lehetővé teszik számunkra, hogy a szivárvány teljes színskáláját lássuk. "Minden forrás látható az ember számára A fény, néhány mesterséges fény kivételével (például fénytörő prizma vagy lézer), különböző hullámhosszúság keverékét bocsát ki" - mondja Landy.

A kép szerzői joga Thinkstock Képaláírás Nem minden spektrum jó a szemünknek...

A természetben létező összes foton közül a kúpjaink csak azokat képesek megfogni, amelyekre egy nagyon szűk tartományban (általában 380-720 nanométer) jellemző hullámhossz jellemző - ezt nevezzük spektrumnak. látható sugárzás. Ez alatt a tartomány alatt találhatók az infravörös és rádióspektrumok - az utóbbiak alacsony energiájú fotonjainak hullámhossza millimétertől több kilométerig változik.

A látható hullámhossz-tartomány másik oldalán az ultraibolya spektrum, ezt követi a röntgenspektrum, majd a gamma-spektrum olyan fotonokkal, amelyek hullámhossza nem haladja meg a méter trilliod részét.

Bár legtöbbünk látása a látható spektrumra korlátozódik, az aphakiában szenvedőknek - a lencse hiánya a szemben (ennek eredményeként sebészeti beavatkozás szürkehályoggal vagy ritkábban születési rendellenesség miatt) - képesek látni az ultraibolya hullámokat.

Egészséges szemnél a lencse blokkolja az ultraibolya hullámhosszokat, de ennek hiányában az ember képes akár 300 nanométeres hullámhosszt is kék-fehér színként érzékelni.

Egy 2014-es tanulmány megjegyzi, hogy bizonyos értelemben mindannyian láthatunk infravörös fotonokat is. Ha két ilyen foton közel egyidejűleg ugyanabba a retinasejtbe ütközik, energiájuk összeadódik, és a láthatatlan, mondjuk 1000 nanométeres hullámhosszt 500 nanométeres látható hullámhosszúsággá változtatja (a legtöbbünk az ilyen hullámhosszú hullámhosszakat hidegnek érzékeli). zöld szín).

Hány színt látunk?

a szemében egészséges ember háromféle kúp, amelyek mindegyike körülbelül 100 különböző szín megkülönböztetésére képes. Emiatt a legtöbb kutató körülbelül egymillióra becsüli a megkülönböztethető színek számát. A színérzékelés azonban nagyon szubjektív és egyéni.

Jameson tudja, miről beszél. A tetrakromaták látását tanulmányozza – olyan embereket, akik valóban emberfeletti képességekkel rendelkeznek a színek megkülönböztetésére. A tetrakromácia ritka, főleg nőknél. Egy genetikai mutáció eredményeként egy további, negyedik típusú kúpjuk van, ami durva becslések szerint akár 100 millió színt is lehetővé tesz számukra. (A színvakok vagy dikromaták csak kétféle kúppal rendelkeznek – legfeljebb 10 000 színt látnak.)

Hány fotonra van szükségünk, hogy láthassunk egy fényforrást?

Általában a kúpoknak sokkal több fényre van szükségük az optimális működéshez, mint a rudaknál. Emiatt gyenge fényviszonyok mellett a színek megkülönböztetésének képessége csökken, és a pálcikák működésbe lépnek, biztosítva a fekete-fehér látást.

Ideális laboratóriumi körülmények között a retina azon részein, ahol a rudak nagyrészt hiányoznak, a kúpok kipattanhatnak, ha néhány foton eltalálja őket. A botok azonban még a leghalványabb fényt is jobban megragadják.

A kép szerzői joga SPL Képaláírás A szemműtét után egyesek képesek látni az ultraibolya fényt.

Amint azt az 1940-es években végzett kísérletek először mutatják, egy kvantum fény elegendő ahhoz, hogy szemünk láthassa. Brian Wandell, a Stanford Egyetem pszichológia és elektrotechnika professzora szerint az ember csak egyetlen fotont lát.

1941-ben a Columbia Egyetem kutatói kísérletet hajtottak végre – az alanyokat egy sötét szobába vitték, és szemüknek adott időt az alkalmazkodásra. A botok néhány perc alatt elérik a teljes érzékenységet; éppen ezért, amikor lekapcsoljuk a lámpát a szobában, egy időre elveszítjük azt a képességünket, hogy bármit is lássunk.

Ezután villogó kék-zöld fényt irányítottak az alanyok arcára. A kísérletben résztvevők a normálnál nagyobb valószínűséggel felvillanó fényt rögzítettek, amikor csak 54 foton érte a retinát.

Nem minden, a retinát elérő fotont regisztrálnak a fényérzékeny sejtek. E körülmény alapján a tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy mindössze öt foton, amely öt különböző rudat aktivál a retinában, elegendő ahhoz, hogy az ember lásson egy villanást.

A legkisebb és legtávolabbi látható tárgyak

A következő tény meglepheti Önt: az, hogy egy tárgyat látunk, egyáltalán nem annak fizikai méretétől vagy távolságától függ, hanem attól, hogy legalább néhány általa kibocsátott foton eléri-e a retinánkat.

„Az egyetlen dolog, amire a szemnek szüksége van ahhoz, hogy bármit is lásson, az egy tárgy által kibocsátott vagy visszaverődő fény bizonyos mennyisége” – mondja Landy. „Minden a retinát elérő fotonok számától függ. másodszor, akkor is láthatjuk, ha elegendő fotont bocsát ki."

A kép szerzői joga Thinkstock Képaláírás Kis számú foton elegendő ahhoz, hogy a szem lássa a fényt.

A pszichológia szakkönyvek gyakran állítják, hogy egy felhőtlen sötét éjszakán akár 48 km távolságból is látható a gyertya lángja. A valóságban a retinánkat folyamatosan fotonok bombázzák, így egyetlen nagy távolságból kibocsátott fénykvantum egyszerűen elveszik a háttérben.

Hogy elképzeljük, milyen messzire látunk, vessünk egy pillantást az éjszakai égboltra, tele csillagokkal. A csillagok mérete óriási; azok közül, akiket szabad szemmel látunk, sok millió kilométer átmérőjű.

Azonban még a hozzánk legközelebb eső csillagok is több mint 38 billió kilométeres távolságra helyezkednek el a Földtől, így látszólagos méretük olyan kicsi, hogy szemünk nem képes megkülönböztetni őket.

Másrészt a csillagokat továbbra is fényes pontszerű fényforrásként figyeljük meg, mert az általuk kibocsátott fotonok legyőzik a minket elválasztó gigantikus távolságokat, és elérik a retinánkat.

A kép szerzői joga Thinkstock Képaláírás A látásélesség a tárgytól való távolság növekedésével csökken

Az éjszakai égbolton minden egyes látható csillag a mi galaxisunkban – a Tejútrendszerben – található. A tőlünk szabad szemmel látható legtávolabbi objektum a Tejútrendszeren kívül található, és maga egy csillaghalmaz - ez az Androméda-köd, amely 2,5 millió fényévnyire, azaz 37 kvintimillió km-re található a Tejútrendszertől. Nap. (Egyesek azt állítják, hogy különösen sötét éjszakákon az éles látás lehetővé teszi számukra, hogy meglássák a háromszög-galaxist, amely körülbelül 3 millió fényév távolságban található, de ez a kijelentés maradjon a lelkiismeretükön.)

Az Androméda-köd egy billió csillagot tartalmaz. A nagy távolság miatt mindezek a világítótestek számunkra egy alig megkülönböztethető fényfolttá olvadnak össze. Ugyanakkor az Androméda-köd mérete óriási. Szögmérete még ilyen óriási távolság mellett is hatszorosa a telihold átmérőjének. Ebből a galaxisból azonban olyan kevés foton jut el hozzánk, hogy az éjszakai égbolton alig látható.

A látásélesség határa

Miért nem láthatunk egyes csillagokat az Androméda-ködben? A tény az, hogy a látás felbontásának vagy élességének megvannak a maga korlátai. (A látásélesség arra utal, hogy képesek vagyunk megkülönböztetni az elemeket, például egy pontot vagy egy vonalat, mint különálló objektumokat, amelyek nem egyesülnek a szomszédos objektumokkal vagy a háttérrel.)

Valójában a látásélesség ugyanúgy leírható, mint egy számítógép-monitor felbontása - a pixelek minimális méretét tekintve, amelyeket még külön-külön pontként tudunk megkülönböztetni.

A kép szerzői joga SPL Képaláírás Elegendő fényes tárgy több fényév távolságból is látható

A látásélesség határai számos tényezőtől függenek – például az egyes kúpok és a retinában lévő rudak közötti távolságtól. Ugyanilyen fontos szerepet játszanak az optikai jellemzők szemgolyó, ami miatt nem minden foton ér egy fényérzékeny cellát.

Elméletileg a tanulmányok azt mutatják, hogy látásélességünket korlátozza az a képességünk, hogy szögfokonként (a szögmérték egységeként) körülbelül 120 pixelt látunk.

Az emberi látásélesség határainak gyakorlati példája távolról is megtalálható kinyújtott kéz köröm nagyságú tárgy, amelyre 60 vízszintes és 60 függőleges vonal festett váltakozó fehér és fekete színben, egyfajta sakktáblát alkotva. "Valószínűleg ez a legkisebb rajz, amelyet az emberi szem még ki tud venni" - mondja Landy.

A szemészek által a látásélesség ellenőrzésére használt táblázatok ezen az elven alapulnak. Oroszország leghíresebb Sivtsev táblázata fehér alapon fekete nagybetűkből áll, amelyek betűmérete minden sorral kisebb.

Az ember látásélességét a betűméret határozza meg, amelynél már nem látja egyértelműen a betűk körvonalait, és elkezdi összezavarni őket.

A kép szerzői joga Thinkstock Képaláírás A látásélesség diagramok fekete betűket használnak fehér alapon.

A látásélesség határa magyarázza, hogy szabad szemmel nem láthatunk egy biológiai sejtet, amelynek mérete mindössze néhány mikrométer.

De ne aggódj miatta. Az a képesség, hogy milliónyi színt különböztessünk meg, egyetlen fotont rögzítsünk, és galaxisokat lássunk néhány kvintimillió kilométerrel távolabb, elég jó eredmény, tekintve, hogy a látásunkat a szemüregekben lévő zselészerű golyók biztosítják, amelyek egy 1,5 kg-oshoz kapcsolódnak. porózus tömeg a koponyában.

2015. augusztus 17. 09:25

Meghívjuk Önt, hogy ismerje meg látásunk csodálatos tulajdonságait – a távoli galaxisok megtekintésének képességétől a láthatatlannak tűnő fényhullámok rögzítéséig.

Nézz körül a szobában, ahol vagy – mit látsz? Falak, ablakok, színes tárgyak – mindez annyira ismerősnek és magától értetődőnek tűnik. Könnyű elfelejteni, hogy a körülöttünk lévő világot csak a fotonoknak - a tárgyakról visszaverődő és a szem retinájára eső fényrészecskéknek köszönhetően - látjuk.

Minden szemünk retinájában körülbelül 126 millió fényérzékeny sejt található. Az agy megfejti az ezektől a sejtektől kapott információkat a rájuk eső fotonok irányáról és energiájáról, és a környező tárgyak különböző formáivá, színeivé és megvilágítási intenzitásává alakítja.

Az emberi látásnak megvannak a határai. Így szabad szemmel nem láthatjuk az elektronikus eszközök által kibocsátott rádióhullámokat, és nem látjuk a legkisebb baktériumokat sem.

A fizika és a biológia fejlődésének köszönhetően meg lehet határozni a természetes látás határait. "Minden objektumnak, amit látunk, van egy bizonyos "küszöb", amely alatt nem tudjuk megkülönböztetni őket" - mondja Michael Landy, a New York-i Egyetem pszichológia és idegtudomány professzora.

Először nézzük meg ezt a küszöböt a színek megkülönböztetésének képessége szempontjából – talán ez a legelső képesség, ami eszünkbe jut a látással kapcsolatban.

Az a képességünk, hogy meg tudjuk különböztetni például az ibolyát a bíbortól, a szem retináját érő fotonok hullámhosszától függ. A retinában kétféle fényérzékeny sejt található – rudak és kúpok. A kúpok felelősek a színérzékelésért (úgynevezett nappali látás), míg a rudak lehetővé teszik számunkra, hogy gyenge fényviszonyok mellett is meglássuk a szürke árnyalatait - például éjszaka (éjszakai látás).

Az emberi szemben háromféle kúp és ennek megfelelő számú opszin létezik, amelyek mindegyike különleges érzékenységgel rendelkezik bizonyos fényhullámhossz-tartományú fotonokkal szemben.

Az S-típusú kúpok érzékenyek a látható spektrum ibolya-kék, rövid hullámhosszú részére; Az M-típusú kúpok felelősek a zöld-sárgáért (közepes hullámhossz), az L-típusú kúpok pedig a sárga-vörösért (hosszú hullámhossz).

Mindezek a hullámok, valamint kombinációik lehetővé teszik számunkra, hogy a szivárvány teljes színskáláját lássuk. "Minden ember által látható fényforrás, számos mesterséges fényforrás (például a fénytörő prizma vagy a lézer) kivételével, hullámhosszak keverékét bocsát ki" - mondja Landy.

A természetben létező összes foton közül kúpjaink csak azokat képesek felfogni, amelyekre egy nagyon szűk tartományban (általában 380-720 nanométer) jellemző hullámhossz – ezt nevezzük látható sugárzási spektrumnak. Ez alatt a tartomány alatt találhatók az infravörös és rádióspektrumok - az utóbbiak alacsony energiájú fotonjainak hullámhossza millimétertől több kilométerig változik.

A látható hullámhossz-tartomány másik oldalán az ultraibolya spektrum, ezt követi a röntgenspektrum, majd a gamma-spektrum olyan fotonokkal, amelyek hullámhossza nem haladja meg a méter trilliod részét.

Bár legtöbbünk látása a látható spektrumra korlátozódik, az aphakiában szenvedő emberek - a lencse hiánya a szemben (hályogműtét vagy ritkábban születési rendellenesség következtében) - képesek látni az ultraibolya hullámokat.

Egészséges szemnél a lencse blokkolja az ultraibolya hullámhosszokat, de ennek hiányában az ember képes akár 300 nanométeres hullámhosszt is kék-fehér színként érzékelni.

Egy 2014-es tanulmány megjegyzi, hogy bizonyos értelemben mindannyian láthatunk infravörös fotonokat is. Ha két foton közel egyidejűleg éri el ugyanazt a retinasejtet, energiájuk összeadódik, és a láthatatlan, mondjuk 1000 nanométeres hullámhosszt 500 nanométeres látható hullámhosszúsággá változtatja (a legtöbbünk hideg zöld színként érzékeli az ilyen hullámhosszú hullámhosszakat) .

Hány színt látunk?

Egy egészséges emberi szemben háromféle kúp létezik, amelyek mindegyike körülbelül 100 különböző színárnyalatot képes megkülönböztetni. Emiatt a legtöbb kutató körülbelül egymillióra becsüli a megkülönböztethető színek számát. A színérzékelés azonban nagyon szubjektív és egyéni.

Jameson tudja, miről beszél. A tetrakromaták látását tanulmányozza – olyan embereket, akik valóban emberfeletti képességekkel rendelkeznek a színek megkülönböztetésére. A tetrakromácia ritka, főleg nőknél. Egy genetikai mutáció eredményeként egy további, negyedik típusú kúpjuk van, ami durva becslések szerint akár 100 millió színt is lehetővé tesz számukra. (A színvakok vagy dikromaták csak kétféle kúppal rendelkeznek – legfeljebb 10 000 színt látnak.)

Hány fotonra van szükségünk, hogy láthassunk egy fényforrást?

Általában a kúpoknak sokkal több fényre van szükségük az optimális működéshez, mint a rudaknál. Emiatt gyenge fényviszonyok mellett a színek megkülönböztetésének képessége csökken, és a pálcikák működésbe lépnek, biztosítva a fekete-fehér látást.

Ideális laboratóriumi körülmények között a retina azon részein, ahol a rudak nagyrészt hiányoznak, a kúpok kipattanhatnak, ha néhány foton eltalálja őket. A botok azonban még a leghalványabb fényt is jobban megragadják.

Amint azt az 1940-es években végzett kísérletek először mutatják, egy kvantum fény elegendő ahhoz, hogy szemünk láthassa. Brian Wandell, a Stanford Egyetem pszichológia és elektrotechnika professzora szerint az ember csak egyetlen fotont lát.

1941-ben a Columbia Egyetem kutatói kísérletet hajtottak végre – az alanyokat egy sötét szobába vitték, és szemüknek adott időt az alkalmazkodásra. A botok néhány perc alatt elérik a teljes érzékenységet; éppen ezért, amikor lekapcsoljuk a lámpát a szobában, egy időre elveszítjük azt a képességünket, hogy bármit is lássunk.

Ezután villogó kék-zöld fényt irányítottak az alanyok arcára. A kísérletben résztvevők a normálnál nagyobb valószínűséggel felvillanó fényt rögzítettek, amikor csak 54 foton érte a retinát.

Nem minden, a retinát elérő fotont regisztrálnak a fényérzékeny sejtek. E körülmény alapján a tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy mindössze öt foton, amely öt különböző rudat aktivál a retinában, elegendő ahhoz, hogy az ember lásson egy villanást.

A legkisebb és legtávolabbi látható tárgyak

A következő tény meglepheti Önt: az, hogy egy tárgyat látunk, egyáltalán nem annak fizikai méretétől vagy távolságától függ, hanem attól, hogy legalább néhány általa kibocsátott foton eléri-e a retinánkat.

„Az egyetlen dolog, amire a szemnek szüksége van ahhoz, hogy bármit is lásson, az egy tárgy által kibocsátott vagy visszaverődő fény bizonyos mennyisége” – mondja Landy. „Minden a retinát elérő fotonok számától függ. másodszor, akkor is láthatjuk, ha elegendő fotont bocsát ki."

A pszichológia szakkönyvek gyakran állítják, hogy egy felhőtlen sötét éjszakán akár 48 km távolságból is látható a gyertya lángja. A valóságban a retinánkat folyamatosan fotonok bombázzák, így egyetlen nagy távolságból kibocsátott fénykvantum egyszerűen elveszik a háttérben.

Hogy elképzeljük, milyen messzire látunk, vessünk egy pillantást az éjszakai égboltra, tele csillagokkal. A csillagok mérete óriási; azok közül, akiket szabad szemmel látunk, sok millió kilométer átmérőjű.

Azonban még a hozzánk legközelebb eső csillagok is több mint 38 billió kilométeres távolságra helyezkednek el a Földtől, így látszólagos méretük olyan kicsi, hogy szemünk nem képes megkülönböztetni őket.

Másrészt a csillagokat továbbra is fényes pontszerű fényforrásként figyeljük meg, mert az általuk kibocsátott fotonok legyőzik a minket elválasztó gigantikus távolságokat, és elérik a retinánkat.

Az éjszakai égbolton minden egyes látható csillag a mi galaxisunkban – a Tejútrendszerben – található. A tőlünk szabad szemmel látható legtávolabbi objektum a Tejútrendszeren kívül található, és maga egy csillaghalmaz - ez az Androméda-köd, amely 2,5 millió fényévnyire, azaz 37 kvintimillió km-re található a Tejútrendszertől. Nap. (Egyesek azt állítják, hogy különösen sötét éjszakákon az éles látás lehetővé teszi számukra, hogy meglássák a háromszög-galaxist, amely körülbelül 3 millió fényév távolságban található, de ez a kijelentés maradjon a lelkiismeretükön.)

Az Androméda-köd egy billió csillagot tartalmaz. A nagy távolság miatt mindezek a világítótestek számunkra egy alig megkülönböztethető fényfolttá olvadnak össze. Ugyanakkor az Androméda-köd mérete óriási. Szögmérete még ilyen óriási távolság mellett is hatszorosa a telihold átmérőjének. Ebből a galaxisból azonban olyan kevés foton jut el hozzánk, hogy az éjszakai égbolton alig látható.

A látásélesség határa

Miért nem láthatunk egyes csillagokat az Androméda-ködben? A tény az, hogy a látás felbontásának vagy élességének megvannak a maga korlátai. (A látásélesség arra utal, hogy képesek vagyunk megkülönböztetni az elemeket, például egy pontot vagy egy vonalat, mint különálló objektumokat, amelyek nem egyesülnek a szomszédos objektumokkal vagy a háttérrel.)

Valójában a látásélesség ugyanúgy leírható, mint egy számítógép-monitor felbontása - a pixelek minimális méretét tekintve, amelyeket még külön-külön pontként tudunk megkülönböztetni.

A látásélesség határai számos tényezőtől függenek – például az egyes kúpok és a retinában lévő rudak közötti távolságtól. Ugyanilyen fontos szerepet játszanak magának a szemgolyónak az optikai jellemzői, amelyek miatt nem minden foton ütközik fényérzékeny sejtbe.

Elméletileg a tanulmányok azt mutatják, hogy látásélességünket korlátozza az a képességünk, hogy szögfokonként (a szögmérték egységeként) körülbelül 120 pixelt látunk.

Az emberi látásélesség határainak gyakorlati szemléltetése lehet egy karnyújtásnyira elhelyezett, köröm nagyságú tárgy, amelyen 60 vízszintes és 60 függőleges vonal váltakozó fehér és fekete színt alkalmaz, egyfajta sakktáblát alkotva. "Valószínűleg ez a legkisebb rajz, amelyet az emberi szem még ki tud venni" - mondja Landy.

A szemészek által a látásélesség ellenőrzésére használt táblázatok ezen az elven alapulnak. Oroszország leghíresebb Sivtsev táblázata fehér alapon fekete nagybetűkből áll, amelyek betűmérete minden sorral kisebb.

Az ember látásélességét a betűméret határozza meg, amelynél már nem látja egyértelműen a betűk körvonalait, és elkezdi összezavarni őket.

A látásélesség határa magyarázza, hogy szabad szemmel nem láthatunk egy biológiai sejtet, amelynek mérete mindössze néhány mikrométer.

De ne aggódj miatta. Az a képesség, hogy milliónyi színt különböztessünk meg, egyetlen fotont rögzítsünk, és galaxisokat lássunk néhány kvintimillió kilométerrel távolabb, elég jó eredmény, tekintve, hogy a látásunkat a szemüregekben lévő zselészerű golyók biztosítják, amelyek egy 1,5 kg-oshoz kapcsolódnak. porózus tömeg a koponyában.

A Föld felszíne meggörbül és 5 kilométeres távolságban eltűnik a látómezőből. De látásunk élessége lehetővé teszi, hogy messze túlmutassunk a horizonton. Ha a Föld lapos lenne, vagy ha egy hegy tetején állna, és a bolygónak a szokásosnál sokkal nagyobb területére nézne, több száz mérfölddel távolabb is erős fényeket láthatna. Egy sötét éjszakán még egy gyertya lángját is láthattad, amely 48 kilométerre van tőled.

Az, hogy az emberi szem milyen messzire lát, attól függ, hogy a távoli tárgy hány fényrészecskét vagy fotont bocsát ki. A szabad szemmel látható legtávolabbi objektum az Androméda-köd, amely hatalmas, 2,6 millió fényévnyi távolságra található a Földtől. Egy billió csillag ebben a galaxisban összesen annyi fényt bocsát ki, hogy másodpercenként több ezer foton ütközhessen a Föld felszínének minden négyzetcentiméterével. Sötét éjszakán ez a mennyiség elegendő a retina aktiválásához.

1941-ben Selig Hecht látásspecialista és kollégái a Columbia Egyetemen megalkották azt, amit a mai napig megbízhatónak tartanak a látás abszolút küszöbére vonatkozóan – a fotonok minimális számát, amelyeknek be kell jutniuk a retinába ahhoz, hogy tudatosítsák a vizuális észlelést. A kísérlet ideális körülmények között küszöböt állított fel: a résztvevők szemei ​​időt kaptak, hogy teljesen alkalmazkodjanak az abszolút sötétséghez, az ingerként működő kék-zöld fényvillanás hullámhossza 510 nanométer volt (amire a szem a legérzékenyebb), és a fényt a retina perifériás szélére irányították.fényfelismerő rúdsejtekkel telve.

A tudósok szerint ahhoz, hogy a kísérletben résztvevők az esetek több mint felében felismerjenek egy ilyen fényvillanást, 54-148 fotonnak kellett a szemgolyókba esnie. A retina abszorpciójának mérései alapján a tudósok kiszámították, hogy az emberi retinarudak átlagosan 10 fotont nyelnek el. Így 5-14 foton abszorpciója, illetve 5-14 rúd aktiválása azt jelzi az agynak, hogy látsz valamit.

„Ez tényleg nagyon kis összeg. kémiai reakciók” – jegyezte meg Hecht és munkatársai a kísérletről szóló cikkükben.

Figyelembe véve az abszolút küszöböt, a gyertyaláng fényességét és azt a becsült távolságot, amelynél a világító tárgy elhalványul, a tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy az ember meg tudja különböztetni a gyertyaláng halvány villogását 48 kilométeres távolságból.

Az ember méretű tárgyak csak körülbelül 3 kilométeres távolságból megkülönböztethetők. Ehhez képest ebből a távolságból egyértelműen meg tudnánk különböztetni egy autó két fényszóróját, de milyen távolságból ismerhetjük fel, hogy a tárgy több, mint egy fényvillanás? Ahhoz, hogy egy tárgy térben kiterjedtnek, és ne pontnak tűnjön, a belőle kisugárzó fénynek legalább két szomszédos retinakúpot aktiválnia kell – a színlátásért felelős sejteket. Ideális esetben a tárgynak legalább 1 ívperces vagy egy hatod fokos szögben kell feküdnie a szomszédos kúpok gerjesztéséhez. Ez a szögmérték ugyanaz marad, függetlenül attól, hogy az objektum közel van-e vagy távol (a távoli objektumnak sokkal nagyobbnak kell lennie, hogy ugyanolyan szögben legyen, mint a közeli). A telihold 30 ívperces szögben fekszik, míg a Vénusz alig látható, mint kiterjesztett objektum körülbelül 1 ívperces szögben.

A távoli galaxisok fényévnyire való látásától a láthatatlan színekig – Adam Hadhazy, a BBC munkatársa elmagyarázza, miért képes a szemed hihetetlen dolgokra. Nézz körbe. Mit látsz? Mindezek a színek, falak, ablakok, minden nyilvánvalónak tűnik, mintha itt kellene lennie. Hihetetlennek tűnik az az elképzelés, hogy mindezt a fény részecskéinek - fotonoknak - köszönhetően látjuk, amelyek ezekről a tárgyakról visszaverődnek és a szemünkbe kerülnek.

Ezt a fotonbombázást körülbelül 126 millió fényérzékeny sejt nyeli el. A fotonok különböző irányai és energiái jutnak át agyunkba különböző formák, színek, fényerő, sokszínű világunk képekkel való megtöltése.

Figyelemre méltó látásmódunknak nyilvánvalóan számos korlátja van. Nem látjuk a tőlünk érkező rádióhullámokat elektronikus eszközök nem látjuk a baktériumokat az orrunk alatt. De a fizika és a biológia fejlődésével azonosítani tudjuk a természetes látás alapvető korlátait. "Mindennek, amit látsz, van egy küszöbértéke, a legalacsonyabb szint, amelyet nem láthatsz fölé vagy alá" - mondja Michael Landy, a New York-i Egyetem idegtudományi professzora.

Kezdjük el szemlélni ezeket a vizuális küszöböket a prizmán keresztül – bocsánat a szójátékért –, amelyet sokan elsősorban a látással kapcsolnak össze: a színekkel.

Hogy miért látunk lilát és nem barnát, az a szemgolyónk hátsó részén található retinát érő fotonok energiájától vagy hullámhosszától függ. A fotoreceptoroknak két típusa van, a rudak és a kúpok. A kúpok felelősek a színért, míg a rudak lehetővé teszik számunkra, hogy gyenge fényviszonyok mellett, például éjszaka is lássuk a szürke árnyalatait. Az opszinok vagy pigmentmolekulák a retina sejtjeiben elnyelik a beeső fotonok elektromágneses energiáját, és elektromos impulzust generálnak. Ez a jel átmegy látóideg az agyba, ahol megszületik a színek és képek tudatos érzékelése.

Háromféle kúpunk és a megfelelő opszinunk van, amelyek mindegyike érzékeny egy bizonyos hullámhosszú fotonokra. Ezeket a kúpokat S, M és L jelzéssel látják el (rövid, közepes és hosszú hullámhossz). A rövid hullámokat kéknek, a hosszú hullámokat vörösnek érzékeljük. A köztük lévő hullámhosszak és kombinációik teljes szivárványsá alakulnak. „Minden fény, amit látunk, kivéve a prizmákkal vagy okos eszközökkel, például lézerekkel mesterségesen létrehozott fényt, különböző hullámhosszak keveréke” – mondja Landy.

A fotonok összes lehetséges hullámhossza közül a kúpjaink egy 380 és 720 nanométer közötti kis sávot észlelnek – amit látható spektrumnak nevezünk. Érzékelési spektrumunkon kívül van infravörös és rádióspektrum, utóbbi hullámhossza millimétertől egy kilométerig terjed.

A látható spektrumunk felett, nagyobb energiáknál és rövidebb hullámhosszoknál az ultraibolya spektrumot, majd a röntgensugarakat, a tetején pedig a gamma-spektrumot találjuk, melynek hullámhossza akár egy billió méter is lehet.

Bár legtöbbünk a látható spektrumra korlátozódik, az aphakiás (lencsehiányos) emberek látnak az ultraibolya spektrumban. Az Aphakia általában miatt jön létre azonnali eltávolítás szürkehályog vagy születési rendellenesség. Normális esetben a lencse blokkolja az ultraibolya fényt, így enélkül az emberek a látható spektrumon túlra látnak, és akár 300 nanométeres hullámhosszt is kékes árnyalattal érzékelnek.

Egy 2014-es tanulmány kimutatta, hogy viszonylagosan mindannyian láthatunk infravörös fotonokat. Ha két infravörös foton véletlenül közel egyidejűleg ér egy retinasejtet, energiájuk egyesül, hullámhosszukat láthatatlanról (pl. 1000 nanométer) látható 500 nanométerre (a legtöbb szemnél hidegzöldre) alakítva.

Az egészséges emberi szemnek háromféle kúpja van, amelyek mindegyike körülbelül 100 különböző színárnyalatot képes megkülönböztetni, így a legtöbb kutató egyetért abban, hogy szemünk általában körülbelül egymillió árnyalatot képes megkülönböztetni. A színérzékelés azonban meglehetősen szubjektív képesség, amely személyenként változik, így meglehetősen nehéz pontos számokat meghatározni.

"Ezt elég nehéz számokba foglalni" - mondja Kimberly Jamison, az irvine-i Kaliforniai Egyetem kutatója. "Amit az egyik ember lát, lehet, hogy csak töredéke azoknak a színeknek, amelyeket a másik lát."

Jamison tudja, miről beszél, mert „tetrakromatokkal” dolgozik – „emberfeletti” látású emberekkel. Ezek a ritka egyedek, többnyire nők, olyan genetikai mutációval rendelkeznek, amely további negyedik kúpokat ad nekik. Nagyjából a negyedik kúpkészletnek köszönhetően a tetrakromaták 100 millió színt láthatnak. (A színvakságú embereknek csak kétféle kúpjuk van, és körülbelül 10 000 színt látnak.)

Mennyi a minimális számú foton, amit látnunk kell?

A színlátás működéséhez a kúpoknak általában sokkal több fényre van szükségük, mint rúdtársaiknak. Ezért gyenge fényviszonyok mellett a szín "elhalványul", ahogy a monokromatikus rudak kerülnek előtérbe.

Ideális laboratóriumi körülmények között és a retina azon részein, ahol a rudak nagyrészt hiányoznak, a kúpokat csak néhány foton tudja aktiválni. Ennek ellenére a botok jobban teljesítenek szórt fényviszonyok mellett. Amint az 1940-es évek kísérletei megmutatták, egyetlen fénykvantum elég ahhoz, hogy felkeltse a figyelmünket. "Az emberek egyetlen fotonra is képesek reagálni" - mondja Brian Wandell, a Stanfordi pszichológia és elektrotechnika professzora. "Nincs értelme még érzékenyebbnek lenni."

1941-ben a Columbia Egyetem kutatói sötét szobába helyezték az embereket, és hagyták, hogy a szemük alkalmazkodjon. Beletelt néhány percbe, amíg a pálcák elérik a teljes érzékenységet – ezért nehezen látjuk, amikor a lámpák hirtelen kialszanak.

A tudósok ezután kék-zöld lámpát kapcsoltak az alanyok arca előtt. A statisztikai esélyeket meghaladó mértékben a résztvevők fényt észleltek, amikor az első 54 foton elérte a szemüket.

Miután a tudósok kompenzálták a fotonok veszteségét a szem más alkotóelemei általi abszorpció révén, azt találták, hogy mindössze öt foton aktivált öt különálló rudat, amelyek fényérzéket adtak a résztvevőknek.

Mi a határa a legkisebbnek és a legtávolabbinak, amit láthatunk?

Ez a tény meglepheti Önt: nincs belső korlátozás a legkisebb vagy legtávolabbi dolog, amit láthatunk. Amíg bármilyen méretű, bármilyen távolságra lévő objektum továbbítja a fotonokat a retina sejtjeinek, addig láthatjuk őket.

„A szemet csak a szembe jutó fény mennyisége érdekli” – mondja Landy. - A fotonok teljes száma. Csinálhatsz egy fényforrást nevetségesen kicsinyre és távolira, de ha erős fotonokat bocsát ki, látni fogod."

Például a hagyományos bölcsesség azt mondja, hogy egy sötét, tiszta éjszakán 48 kilométeres távolságból láthatjuk a gyertya lángját. A gyakorlatban persze a szemünk egyszerűen fotonokban fürdik, így a nagy távolságból kóborló fénykvantumok egyszerűen elvesznek ebben a káoszban. "Ha növeli a háttér intenzitását, megnő a fény mennyisége, amelyre szüksége van, hogy valamit láthasson" - mondja Landy.

Az éjszakai égbolt sötét, csillagokkal tarkított hátterével ékes példája látásunk tartományának. A csillagok hatalmasak; azok közül, amelyeket az éjszakai égbolton látunk, sok millió kilométer átmérőjű. De még a legközelebbi csillagok is legalább 24 billió kilométerre vannak tőlünk, ezért olyan kicsik a szemünk számára, hogy nem lehet kivenni őket. Mégis olyan erősen sugárzó fénypontoknak látjuk őket, amint a fotonok áthaladnak a kozmikus távolságokon, és megütik a szemünket.

Minden egyes csillag, amelyet az éjszakai égbolton látunk, a mi galaxisunkban – a Tejútrendszerben – található. A szabad szemmel látható legtávolabbi objektum saját galaxisunkon kívül található: az Androméda galaxis, amely 2,5 millió fényévnyire található. (Bár ez vitatható, egyesek azt állítják, hogy egy rendkívül sötét éjszakai égbolton is láthatják a Triangulum galaxist, amely hárommillió fényévnyire van tőle, csak szót kell fogadni).

Az Androméda-galaxis ezermilliárd csillaga, tekintettel a távolságára, egy halványan izzó égboltba olvad össze. A mérete mégis kolosszális. Ami a látszólagos méretet illeti, még ötmilliárd kilométerre is, ez a galaxis hatszor olyan széles, mint a telihold. Azonban olyan kevés foton éri el a szemünket, hogy ez az égi szörnyeteg szinte láthatatlan.

Milyen éles lehet a látás?

Miért nem láthatunk egyes csillagokat az Androméda galaxisban? Látásfelbontásunk vagy látásélességünk határai megszabják a maguk korlátait. A látásélesség a részletek, például a pontok vagy vonalak egymástól elkülönített megkülönböztetésének képessége, hogy ne olvadjanak össze. Így a látás határaira úgy is gondolhatunk, mint a megkülönböztethető „pontok” számára.

A látásélesség határait számos tényező határozza meg, mint például a kúpok és a retinába csomagolt rudak közötti távolság. Ugyancsak fontos magának a szemgolyónak az optikája, amely, mint már említettük, megakadályozza, hogy minden lehetséges foton behatoljon a fényérzékeny sejtekbe.

Elméletileg a vizsgálatok kimutatták, hogy a legjobb, amit láthatunk, körülbelül 120 pixel ívfokon, ami a szögmérés mértékegysége. Egy 60x60-as fekete-fehér sakktáblaként képzelheted el, amely egy kinyújtott kéz körmére illeszkedik. "Ez a legtisztább minta, amit láthat" - mondja Landy.

A szemvizsgálatot, akárcsak a kisbetűs táblázatot, ugyanazok az elvek vezérlik. Ugyanezek az élességhatárok magyarázzák, hogy miért nem tudunk megkülönböztetni és fókuszálni egy halványra biológiai sejt néhány mikrométer széles.

De ne írd le magad. Millió szín, egyetlen foton, galaktikus világok ötmilliárd kilométerre – nem rossz, ha a szemgödörünkben egy 1,4 kilogrammos szivacshoz kötődik a szemüregünkben lévő zselébuborék.

A Föld felszíne a látómeződben körülbelül 5 km távolságban görbülni kezd. De az emberi látás élessége lehetővé teszi, hogy sokat láthass a horizonton túl. Ha nem lenne görbület, akkor láthatnád egy gyertya lángját 50 km-re tőled.

A látótávolság a távoli tárgy által kibocsátott fotonok számától függ. Ebben a galaxisban az 1 000 000 000 000 csillag együttesen annyi fényt bocsát ki, hogy több ezer foton elérjen minden négyzetmérföldet. lásd a Földet. Ez elegendő a retina izgalmához emberi szem.

Mivel a Földön tartózkodva lehetetlen ellenőrizni az emberi látás élességét, a tudósok matematikai számításokhoz folyamodtak. Azt találták, hogy a villódzó fény látásához 5-14 foton kell ahhoz, hogy elérje a retinát. A gyertyaláng 50 km távolságban, figyelembe véve a fényszóródást, ezt a mennyiséget adja, és az agy gyenge fényt ismer fel.

Hogyan tudhat meg valami személyeset a beszélgetőpartnerről az övé megjelenés

A „baglyok” titkai, amelyekről a „pacsirta” nem tud

Az agyposta működése – üzenetek továbbítása agytól agyig az interneten keresztül

Miért szükséges az unalom?

"Mágneses ember": Hogyan válhatsz karizmatikusabbá és vonzhatod magadhoz az embereket

25 idézet, hogy felébressze belső harcosát

Hogyan fejleszthető az önbizalom

Lehetséges "megtisztítani a testet a méreganyagoktól"?

5 ok, amiért az emberek mindig az áldozatot hibáztatják a bűncselekményért, nem az elkövetőt

Kísérlet: egy férfi naponta 10 doboz kólát iszik, hogy bebizonyítsa annak ártását