ადამიანის თვალის საოცარი შესაძლებლობები: კოსმოსური ხედვა და უხილავი სხივები. პირველი დონე: ნათელი ხედვა. რამდენად პატარა ხედავთ ობიექტებს? წმინდა ხედვა III

ის საუბრობს ჩვენი ხედვის გასაოცარ თვისებებზე - შორეული გალაქტიკების დანახვის უნარიდან დაწყებული ერთი შეხედვით უხილავი სინათლის ტალღების დაჭერის უნარზე.

მიმოიხედე ოთახში, რომელშიც იმყოფები - რას ხედავ? კედლები, ფანჯრები, ფერადი საგნები - ეს ყველაფერი ისე ნაცნობი და თავისთავად ცხადია. ადვილია დავივიწყოთ, რომ ჩვენ გარშემო სამყაროს ვხედავთ მხოლოდ ფოტონების - საგნებიდან არეკლილი სინათლის ნაწილაკების და თვალის ბადურაზე დაცემის წყალობით.

თითოეული ჩვენი თვალის ბადურაზე დაახლოებით 126 მილიონი სინათლისადმი მგრძნობიარე უჯრედია. ტვინი შიფრავს ამ უჯრედებიდან მიღებულ ინფორმაციას მათზე დაცემული ფოტონების მიმართულებისა და ენერგიის შესახებ და აქცევს მას სხვადასხვა ფორმებში, ფერებში და მიმდებარე ობიექტების განათების ინტენსივობაში.

ადამიანის ხედვას აქვს თავისი საზღვრები. ასე რომ, ჩვენ არ შეგვიძლია დავინახოთ ელექტრონული მოწყობილობების მიერ გამოსხივებული რადიოტალღები და არც უმცირესი ბაქტერიების დანახვა შეუიარაღებელი თვალით.

ფიზიკისა და ბიოლოგიის მიღწევების წყალობით, შესაძლებელია ბუნებრივი ხედვის საზღვრების განსაზღვრა. "ნებისმიერ ობიექტს, რომელსაც ჩვენ ვხედავთ, აქვს გარკვეული "ზღურბლი", რომლის ქვემოთ ჩვენ ვწყვეტთ მის გარჩევას", - ამბობს მაიკლ ლანდი, ნიუ-იორკის უნივერსიტეტის ფსიქოლოგიის და ნეირომეცნიერების პროფესორი.

მოდით, პირველ რიგში განვიხილოთ ეს ბარიერი ფერების გარჩევის უნარის თვალსაზრისით - ალბათ პირველივე უნარი, რომელიც მხედველობაში მოდის.

სურათის საავტორო უფლება SPLსურათის წარწერა გირჩები პასუხისმგებელნი არიან ფერების აღქმაზე, ხოლო წნელები გვეხმარება ჩრდილების დანახვაში. ნაცრისფერი ფერიდაბალ განათებაში

ჩვენი უნარი განასხვავოს, მაგალითად, მეწამულიმაგენტადან დაკავშირებულია ფოტონების ტალღის სიგრძესთან, რომლებიც მოხვდებიან ბადურაზე. ბადურაზე ორი ტიპის სინათლისადმი მგრძნობიარე უჯრედია – წნელები და კონუსები. კონუსები პასუხისმგებელნი არიან ფერის აღქმაზე (ე.წ. დღის ხედვა), ხოლო ღეროები გვაძლევს საშუალებას დავინახოთ ნაცრისფერი ჩრდილები დაბალ განათებაში - მაგალითად, ღამით (ღამის ხედვა).

ადამიანის თვალში არის სამი სახის კონუსები და ოპსინის ტიპების შესაბამისი რაოდენობა, რომელთაგან თითოეულს აქვს განსაკუთრებული მგრძნობელობა სინათლის ტალღის სიგრძის გარკვეული დიაპაზონის მქონე ფოტონების მიმართ.

S ტიპის კონუსები მგრძნობიარეა ხილული სპექტრის იისფერ-ლურჯი, მოკლე ტალღის ნაწილის მიმართ; M ტიპის კონუსები პასუხისმგებელია მწვანე-ყვითელზე (საშუალო ტალღის სიგრძეზე), ხოლო L ტიპის კონუსები პასუხისმგებელია ყვითელ-წითელზე (გრძელი ტალღის სიგრძე).

ყველა ეს ტალღა, ისევე როგორც მათი კომბინაციები, საშუალებას გვაძლევს დავინახოთ ფერების სრული სპექტრი ცისარტყელაში. „ყველა წყარო ხილული ადამიანისთვისსინათლე, გარდა ზოგიერთი ხელოვნურისა (როგორიცაა რეფრაქციული პრიზმა ან ლაზერი), ასხივებს სხვადასხვა ტალღის სიგრძის ნარევს“, - ამბობს ლენდი.

სურათის საავტორო უფლება Thinkstockსურათის წარწერა ყველა სპექტრი არ არის კარგი ჩვენი თვალისთვის...

ბუნებაში არსებული ყველა ფოტონიდან, ჩვენს კონუსებს შეუძლიათ დაიჭირონ მხოლოდ ისინი, რომლებსაც ახასიათებს ტალღის სიგრძე ძალიან ვიწრო დიაპაზონში (ჩვეულებრივ, 380-დან 720 ნანომეტრამდე) - ამას ეწოდება სპექტრი. ხილული გამოსხივება. ამ დიაპაზონის ქვემოთ არის ინფრაწითელი და რადიო სპექტრები - ამ უკანასკნელის დაბალი ენერგიის ფოტონების ტალღის სიგრძე მერყეობს მილიმეტრებიდან რამდენიმე კილომეტრამდე.

ხილული ტალღის სიგრძის დიაპაზონის მეორე მხარეს არის ულტრაიისფერი სპექტრი, რასაც მოჰყვება რენტგენის სპექტრი, შემდეგ კი გამა-სხივების სპექტრი ფოტონებით, რომელთა ტალღის სიგრძე არ აღემატება მეტრის ტრილიონედი.

მიუხედავად იმისა, რომ უმეტესი ჩვენგანის ხედვა შემოიფარგლება ხილული სპექტრით, აფაკიის მქონე ადამიანები - თვალში ლინზის არარსებობა (შედეგად ქირურგიული ოპერაციაკატარაქტით ან, ნაკლებად ხშირად, თანდაყოლილი დეფექტის გამო) - შეუძლია ულტრაიისფერი ტალღების დანახვა.

ჯანმრთელ თვალში ლინზა ბლოკავს ულტრაიისფერი ტალღების სიგრძეებს, მაგრამ მისი არარსებობის შემთხვევაში ადამიანს შეუძლია 300 ნანომეტრამდე ტალღის სიგრძე ლურჯ-თეთრ ფერად აღიქვას.

2014 წელს ჩატარებულმა კვლევამ აღნიშნა, რომ, გარკვეული გაგებით, ჩვენ ყველას შეგვიძლია დავინახოთ ინფრაწითელი ფოტონებიც. თუ ამ ორი ფოტონი თითქმის ერთდროულად მოხვდება ბადურის ერთსა და იმავე უჯრედში, მათი ენერგია შეიძლება დაემატოს და გადააქციოს უხილავი ტალღის სიგრძეები, ვთქვათ, 1000 ნანომეტრი 500 ნანომეტრის ხილულ ტალღის სიგრძედ (ჩვენგანი უმეტესობა აღიქვამს ამ ტალღის სიგრძეს ცივად). მწვანე ფერი).

რამდენ ფერს ვხედავთ?

თვალში ჯანმრთელი ადამიანისამი სახის გირჩები, რომელთაგან თითოეულს შეუძლია განასხვავოს დაახლოებით 100 განსხვავებული ფერი. ამ მიზეზით, მკვლევარების უმეტესობა აფასებს ფერების რაოდენობას, რომელთა გარჩევაც შეგვიძლია დაახლოებით მილიონზე. თუმცა ფერის აღქმა ძალიან სუბიექტური და ინდივიდუალურია.

ჯეიმსონმა იცის რაზე ლაპარაკობს. ის სწავლობს ტეტრაქრომატების ხედვას - ადამიანები, რომლებსაც აქვთ ფერების გარჩევის მართლაც ზეადამიანური შესაძლებლობები. ტეტრაქრომატია იშვიათია, ძირითადად ქალებში. გენეტიკური მუტაციის შედეგად მათ აქვთ დამატებითი, მეოთხე ტიპის კონუსები, რაც მათ, უხეში შეფასებით, 100 მილიონამდე ფერის დანახვის საშუალებას აძლევს. (დალტონიკებს, ანუ დიქრომატებს აქვთ მხოლოდ ორი ტიპის კონუსი - მათ შეუძლიათ 10000 ფერზე მეტის დანახვა.)

რამდენი ფოტონი გვჭირდება სინათლის წყაროს დასანახად?

ზოგადად, გირჩებს ოპტიმალურად ფუნქციონირებისთვის გაცილებით მეტი შუქი სჭირდებათ, ვიდრე წნელები. ამ მიზეზით, დაბალი განათების პირობებში, ფერების გარჩევის უნარი მცირდება და ჩხირები მოქმედებენ, რაც უზრუნველყოფს შავ და თეთრ ხედვას.

იდეალურ ლაბორატორიულ პირობებში, ბადურის ისეთ ადგილებში, სადაც ღეროები ძირითადად არ არის, კონუსებს შეუძლიათ ისროლონ, როდესაც მხოლოდ რამდენიმე ფოტონს მოხვდება. თუმცა, ჩხირები უკეთესად ასრულებენ ყველაზე მკრთალ შუქსაც კი.

სურათის საავტორო უფლება SPLსურათის წარწერა თვალის ოპერაციის შემდეგ ზოგიერთი ადამიანი იძენს ულტრაიისფერი შუქის დანახვის უნარს.

როგორც პირველად 1940-იან წლებში ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა აჩვენა, ჩვენი თვალისთვის საკმარისია სინათლის ერთი კვანტი მისი დასანახად. „ადამიანს მხოლოდ ერთი ფოტონის დანახვა შეუძლია“, - ამბობს ბრაიან ვანდელი, სტენფორდის უნივერსიტეტის ფსიქოლოგიის და ელექტროინჟინერიის პროფესორი. „ბადურის მეტ მგრძნობელობას უბრალოდ აზრი არ აქვს“.

1941 წელს კოლუმბიის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა ჩაატარეს ექსპერიმენტი - სუბიექტები შეიყვანეს ბნელ ოთახში და მისცეს თვალებს გარკვეული დრო ადაპტაციისთვის. ჩხირებს რამდენიმე წუთი სჭირდება სრული მგრძნობელობის მისაღწევად; ამიტომაც, როცა ოთახში შუქს ჩავრთავთ, რაღაც დროის დანახვის უნარს ვკარგავთ.

შემდეგ მოციმციმე ლურჯ-მწვანე შუქი მიმართული იყო სუბიექტების სახეებზე. ნორმალურზე მაღალი ალბათობით, ექსპერიმენტის მონაწილეებმა ჩაწერეს სინათლის ციმციმი, როდესაც მხოლოდ 54 ფოტონი მოხვდა ბადურაზე.

ყველა ფოტონი, რომელიც აღწევს ბადურას, არ არის რეგისტრირებული ფოტომგრძნობიარე უჯრედებით. ამ გარემოებიდან გამომდინარე, მეცნიერები მივიდნენ დასკვნამდე, რომ მხოლოდ ხუთი ფოტონი, რომლებიც ააქტიურებენ ბადურის ხუთ სხვადასხვა ღეროს, საკმარისია იმისათვის, რომ ადამიანმა დაინახოს ციმციმი.

ყველაზე პატარა და ყველაზე შორეული ხილული ობიექტები

შემდეგი ფაქტი შეიძლება გაგიკვირდეთ: ობიექტის დანახვის ჩვენი უნარი სულაც არ არის დამოკიდებული მის ფიზიკურ ზომაზე ან მანძილზე, არამედ იმაზე, მოხვდა თუ არა მისგან გამოსხივებული რამდენიმე ფოტონი ჩვენს ბადურაზე.

„ერთადერთი, რაც თვალს სჭირდება რაიმეს დასანახად, არის გარკვეული რაოდენობის შუქი, რომელიც გამოიყოფა ან ირეკლავს მას ობიექტის მიერ“, - ამბობს ლანდი. „ეს ყველაფერი დამოკიდებულია ფოტონების რაოდენობაზე, რომლებიც აღწევს ბადურას. არსებობს წილადის ნაწილზე. მეორეც, ჩვენ მაინც შეგვიძლია დავინახოთ, თუ ის საკმარის ფოტონებს ასხივებს“.

სურათის საავტორო უფლება Thinkstockსურათის წარწერა ფოტონების მცირე რაოდენობა საკმარისია თვალისთვის სინათლის დასანახად.

ფსიქოლოგიის სახელმძღვანელოებში ხშირად ნათქვამია, რომ უღრუბლო ბნელ ღამეს სანთლის ალი ჩანს 48 კმ-მდე მანძილიდან. სინამდვილეში, ჩვენი ბადურა გამუდმებით იბომბება ფოტონებით, ასე რომ, დიდი მანძილიდან გამოსხივებული სინათლის ერთი კვანტი უბრალოდ დაიკარგება მათ ფონზე.

იმისთვის, რომ წარმოვიდგინოთ, რამდენად შორს შეგვიძლია დავინახოთ, მოდით, გადავხედოთ ღამის ცას, ვარსკვლავებით მოჭედილი. ვარსკვლავების ზომები უზარმაზარია; ბევრი მათგანი, ვისაც შეუიარაღებელი თვალით ვხედავთ, დიამეტრის მილიონობით კილომეტრია.

თუმცა, ჩვენთან უახლოესი ვარსკვლავებიც კი მდებარეობს დედამიწიდან 38 ტრილიონ კილომეტრზე მეტ მანძილზე, ამიტომ მათი აშკარა ზომები იმდენად მცირეა, რომ ჩვენს თვალს არ შეუძლია მათი გარჩევა.

მეორეს მხრივ, ჩვენ კვლავ ვაკვირდებით ვარსკვლავებს, როგორც სინათლის კაშკაშა წერტილოვან წყაროებს, რადგან მათ მიერ გამოსხივებული ფოტონები გადალახავენ გიგანტურ დისტანციებს, რომლებიც გვაშორებს და მოხვდება ჩვენს ბადურაზე.

სურათის საავტორო უფლება Thinkstockსურათის წარწერა მხედველობის სიმახვილე მცირდება ობიექტამდე მანძილის მატებასთან ერთად

ღამის ცაზე ყველა ცალკეული ხილული ვარსკვლავი ჩვენს გალაქტიკაში - ირმის ნახტომშია. ჩვენგან ყველაზე შორს არსებული ობიექტი, რომლის დანახვაც ადამიანს შეუიარაღებელი თვალით შეუძლია, მდებარეობს ირმის ნახტომის გარეთ და თავად არის ვარსკვლავური გროვა - ეს არის ანდრომედას ნისლეული, რომელიც მდებარეობს 2,5 მილიონი სინათლის წლის მანძილზე, ანუ 37 კვინტილიონი კმ-ზე. მზე. (ზოგიერთი ადამიანი ამტკიცებს, რომ განსაკუთრებით ბნელ ღამეებში, მკვეთრი ხედვა მათ საშუალებას აძლევს დაინახონ სამკუთხედის გალაქტიკა, რომელიც მდებარეობს დაახლოებით 3 მილიონი სინათლის წლის მანძილზე, მაგრამ ეს განცხადება დარჩეს მათ სინდისზე.)

ანდრომედას ნისლეული შეიცავს ტრილიონ ვარსკვლავს. დიდი მანძილის გამო, ყველა ეს მნათობი ჩვენთვის ერწყმის სინათლის ძლივს გამორჩეულ ლაქას. ამავდროულად, ანდრომედას ნისლეულის ზომა კოლოსალურია. ასეთ გიგანტურ მანძილზეც კი, მისი კუთხოვანი ზომა სავსე მთვარის დიამეტრზე ექვსჯერ აღემატება. თუმცა, ამ გალაქტიკიდან ჩვენამდე იმდენად ცოტა ფოტონი აღწევს, რომ ის ძლივს ჩანს ღამის ცაზე.

მხედველობის სიმახვილის ზღვარი

რატომ ვერ ვხედავთ ცალკეულ ვარსკვლავებს ანდრომედას ნისლეულში? ფაქტია, რომ მხედველობის გარჩევადობას ან სიმახვილეს აქვს თავისი შეზღუდვები. (მხედველობის სიმახვილე გულისხმობს ისეთი ელემენტების, როგორიცაა წერტილი ან ხაზი, ცალკეული ობიექტების სახით განასხვავების უნარს, რომლებიც არ ერწყმის მეზობელ ობიექტებს ან ფონს.)

ფაქტობრივად, მხედველობის სიმახვილე შეიძლება აღწერილი იყოს ისევე, როგორც კომპიუტერის მონიტორის გარჩევადობა - პიქსელების მინიმალური ზომის მიხედვით, რომლებიც ჯერ კიდევ შეგვიძლია გამოვყოთ ცალკეულ წერტილებად.

სურათის საავტორო უფლება SPLსურათის წარწერა საკმარისი ნათელი ობიექტების დანახვა შესაძლებელია რამდენიმე სინათლის წლის მანძილზე

მხედველობის სიმახვილის შეზღუდვები დამოკიდებულია რამდენიმე ფაქტორზე - მაგალითად, მანძილი ცალკეულ კონუსებსა და ღეროებს შორის ბადურაზე. თანაბრად მნიშვნელოვან როლს თამაშობს ოპტიკური მახასიათებლები თვალის კაკალი, რის გამოც ყველა ფოტონი არ ხვდება სინათლისადმი მგრძნობიარე უჯრედს.

თეორიულად, კვლევები აჩვენებს, რომ ჩვენი მხედველობის სიმახვილე შემოიფარგლება ჩვენი უნარით დავინახოთ დაახლოებით 120 პიქსელი კუთხის გრადუსზე (კუთხის საზომი ერთეული).

ადამიანის ვიზუალური სიმახვილის საზღვრების პრაქტიკული ილუსტრაცია შეიძლება განთავსდეს მანძილზე გაშლილი ხელიფრჩხილის ზომის ობიექტი, 60 ჰორიზონტალური და 60 ვერტიკალური ხაზით დახატული თეთრი და შავი ფერების მონაცვლეობით, რაც ერთგვარ ჭადრაკის დაფას ქმნის. "ეს ალბათ ყველაზე პატარა ნახატია, რომლის დახატვასაც ადამიანის თვალი ჯერ კიდევ შეუძლია", - ამბობს ლენდი.

ამ პრინციპზეა დაფუძნებული ცხრილები, რომლებსაც ოფთალმოლოგები იყენებენ მხედველობის სიმახვილის შესამოწმებლად. რუსეთში ყველაზე ცნობილი სივცევის ცხრილი შედგება თეთრ ფონზე შავი დიდი ასოების მწკრივებისგან, რომელთა შრიფტის ზომა ყოველ მწკრივთან ერთად უფრო მცირე ხდება.

ადამიანის მხედველობის სიმახვილე განისაზღვრება შრიფტის ზომით, რომლითაც ის წყვეტს ასოების კონტურების ნათლად დანახვას და იწყებს მათ დაბნევას.

სურათის საავტორო უფლება Thinkstockსურათის წარწერა მხედველობის სიმახვილის დიაგრამები თეთრ ფონზე შავი ასოებით გამოიყენება.

ეს არის მხედველობის სიმახვილის ზღვარი, რომელიც ხსნის იმ ფაქტს, რომ ჩვენ არ შეგვიძლია შეუიარაღებელი თვალით დავინახოთ ბიოლოგიური უჯრედი, რომლის ზომა მხოლოდ რამდენიმე მიკრომეტრია.

მაგრამ არ ინერვიულო ამაზე. მილიონი ფერის გარჩევის, ცალკეული ფოტონების დანახვის და რამდენიმე კვინტილიონი კილომეტრის დაშორებით გალაქტიკების დანახვის უნარი საკმაოდ კარგი შედეგია, თუ გავითვალისწინებთ, რომ ჩვენი ხედვა უზრუნველყოფილია ჟელესმაგვარი ბურთის წყვილით თვალის ბუდეებში, რომლებიც დაკავშირებულია 1,5 კგ წონასთან. ფოროვანი მასა თავის ქალაში.

2015 წლის 17 აგვისტო, 09:25 საათი

გეპატიჟებით გაეცნოთ ჩვენი ხედვის გასაოცარ თვისებებს - შორეული გალაქტიკების ნახვის უნარიდან დაწყებული ერთი შეხედვით უხილავი სინათლის ტალღების დაჭერის უნარებამდე.

მიმოიხედე ოთახში, რომელშიც იმყოფები - რას ხედავ? კედლები, ფანჯრები, ფერადი საგნები - ეს ყველაფერი ისე ნაცნობი და თავისთავად ცხადია. ადვილია დავივიწყოთ, რომ ჩვენ გარშემო სამყაროს ვხედავთ მხოლოდ ფოტონების - საგნებიდან არეკლილი სინათლის ნაწილაკების და თვალის ბადურაზე დაცემის წყალობით.

თითოეული ჩვენი თვალის ბადურაზე დაახლოებით 126 მილიონი სინათლისადმი მგრძნობიარე უჯრედია. ტვინი შიფრავს ამ უჯრედებიდან მიღებულ ინფორმაციას მათზე დაცემული ფოტონების მიმართულებისა და ენერგიის შესახებ და აქცევს მას სხვადასხვა ფორმებში, ფერებში და მიმდებარე ობიექტების განათების ინტენსივობაში.

ადამიანის ხედვას აქვს თავისი საზღვრები. ასე რომ, ჩვენ არ შეგვიძლია დავინახოთ ელექტრონული მოწყობილობების მიერ გამოსხივებული რადიოტალღები და არც უმცირესი ბაქტერიების დანახვა შეუიარაღებელი თვალით.

ფიზიკისა და ბიოლოგიის მიღწევების წყალობით, შესაძლებელია ბუნებრივი ხედვის საზღვრების განსაზღვრა. "ნებისმიერ ობიექტს, რომელსაც ჩვენ ვხედავთ, აქვს გარკვეული "ზღურბლი", რომლის ქვემოთ ჩვენ ვწყვეტთ მის გარჩევას", - ამბობს მაიკლ ლანდი, ნიუ-იორკის უნივერსიტეტის ფსიქოლოგიის და ნეირომეცნიერების პროფესორი.

მოდით, პირველ რიგში განვიხილოთ ეს ბარიერი ფერების გარჩევის უნარის თვალსაზრისით - ალბათ პირველივე უნარი, რომელიც მხედველობაში მოდის.


ჩვენი უნარი გავარჩიოთ, მაგალითად, იისფერი მაგენტისგან, დაკავშირებულია ფოტონების ტალღის სიგრძესთან, რომლებიც ხვდება თვალის ბადურას. ბადურაზე ორი ტიპის სინათლისადმი მგრძნობიარე უჯრედია – წნელები და კონუსები. კონუსები პასუხისმგებელნი არიან ფერის აღქმაზე (ე.წ. დღის ხედვა), ხოლო ღეროები გვაძლევს საშუალებას დავინახოთ ნაცრისფერი ჩრდილები დაბალ განათებაში - მაგალითად, ღამით (ღამის ხედვა).

ადამიანის თვალში არის სამი სახის კონუსები და ოპსინის ტიპების შესაბამისი რაოდენობა, რომელთაგან თითოეულს აქვს განსაკუთრებული მგრძნობელობა სინათლის ტალღის სიგრძის გარკვეული დიაპაზონის მქონე ფოტონების მიმართ.

S ტიპის კონუსები მგრძნობიარეა ხილული სპექტრის იისფერ-ლურჯი, მოკლე ტალღის ნაწილის მიმართ; M ტიპის კონუსები პასუხისმგებელია მწვანე-ყვითელზე (საშუალო ტალღის სიგრძეზე), ხოლო L ტიპის კონუსები პასუხისმგებელია ყვითელ-წითელზე (გრძელი ტალღის სიგრძე).

ყველა ეს ტალღა, ისევე როგორც მათი კომბინაციები, საშუალებას გვაძლევს დავინახოთ ფერების სრული სპექტრი ცისარტყელაში. "ადამიანისთვის ხილული სინათლის ყველა წყარო, გარდა რამდენიმე ხელოვნურისა (როგორიცაა რეფრაქციული პრიზმა ან ლაზერი), ასხივებს ტალღის სიგრძის ნარევს", - ამბობს ლენდი.


ბუნებაში არსებული ყველა ფოტონიდან, ჩვენს კონუსებს შეუძლიათ დაიჭირონ მხოლოდ ის, ვისაც ახასიათებს ტალღის სიგრძე ძალიან ვიწრო დიაპაზონში (ჩვეულებრივ, 380-დან 720 ნანომეტრამდე) - ამას ეწოდება ხილული გამოსხივების სპექტრი. ამ დიაპაზონის ქვემოთ არის ინფრაწითელი და რადიო სპექტრები - ამ უკანასკნელის დაბალი ენერგიის ფოტონების ტალღის სიგრძე მერყეობს მილიმეტრებიდან რამდენიმე კილომეტრამდე.

ხილული ტალღის სიგრძის დიაპაზონის მეორე მხარეს არის ულტრაიისფერი სპექტრი, რასაც მოჰყვება რენტგენის სპექტრი, შემდეგ კი გამა-სხივების სპექტრი ფოტონებით, რომელთა ტალღის სიგრძე არ აღემატება მეტრის ტრილიონედი.

მიუხედავად იმისა, რომ უმეტესი ჩვენგანის ხედვა შემოიფარგლება ხილული სპექტრით, აფაკიის მქონე ადამიანებს - თვალში ლინზის არარსებობა (კატარაქტას ოპერაციის ან, ნაკლებად ხშირად, დაბადების დეფექტის შედეგად) - შეუძლიათ ულტრაიისფერი ტალღების დანახვა.

ჯანმრთელ თვალში ლინზა ბლოკავს ულტრაიისფერი ტალღების სიგრძეებს, მაგრამ მისი არარსებობის შემთხვევაში ადამიანს შეუძლია 300 ნანომეტრამდე ტალღის სიგრძე ლურჯ-თეთრ ფერად აღიქვას.

2014 წელს ჩატარებულმა კვლევამ აღნიშნა, რომ გარკვეული გაგებით, ჩვენ ყველას შეგვიძლია დავინახოთ ინფრაწითელი ფოტონებიც. თუ ამ ორი ფოტონი თითქმის ერთდროულად მოხვდება ბადურის ერთსა და იმავე უჯრედში, მათი ენერგია შეიძლება დაემატოს და გადააქციოს უხილავი ტალღის სიგრძეები, ვთქვათ, 1000 ნანომეტრი 500 ნანომეტრის ხილულ ტალღის სიგრძედ (ჩვენგანი უმეტესობა აღიქვამს ამ ტალღის სიგრძის ტალღის სიგრძეს, როგორც ცივ მწვანე ფერს). .

რამდენ ფერს ვხედავთ?

ჯანსაღი ადამიანის თვალში არსებობს სამი სახის გირჩები, რომელთაგან თითოეულს შეუძლია განასხვავოს დაახლოებით 100 სხვადასხვა ფერის ელფერი. ამ მიზეზით, მკვლევარების უმეტესობა აფასებს ფერების რაოდენობას, რომელთა გარჩევაც შეგვიძლია დაახლოებით მილიონზე. თუმცა ფერის აღქმა ძალიან სუბიექტური და ინდივიდუალურია.

ჯეიმსონმა იცის რაზე ლაპარაკობს. ის სწავლობს ტეტრაქრომატების ხედვას - ადამიანები, რომლებსაც აქვთ ფერების გარჩევის მართლაც ზეადამიანური შესაძლებლობები. ტეტრაქრომატია იშვიათია, ძირითადად ქალებში. გენეტიკური მუტაციის შედეგად მათ აქვთ დამატებითი, მეოთხე ტიპის კონუსები, რაც მათ, უხეში შეფასებით, 100 მილიონამდე ფერის დანახვის საშუალებას აძლევს. (დალტონიკებს, ანუ დიქრომატებს აქვთ მხოლოდ ორი ტიპის კონუსი - მათ შეუძლიათ 10000 ფერზე მეტის დანახვა.)

რამდენი ფოტონი გვჭირდება სინათლის წყაროს დასანახად?

ზოგადად, გირჩებს ოპტიმალურად ფუნქციონირებისთვის გაცილებით მეტი შუქი სჭირდებათ, ვიდრე წნელები. ამ მიზეზით, დაბალი განათების პირობებში, ფერების გარჩევის უნარი მცირდება და ჩხირები მოქმედებენ, რაც უზრუნველყოფს შავ და თეთრ ხედვას.

იდეალურ ლაბორატორიულ პირობებში, ბადურის ისეთ ადგილებში, სადაც ღეროები ძირითადად არ არის, კონუსებს შეუძლიათ ისროლონ, როდესაც მხოლოდ რამდენიმე ფოტონს მოხვდება. თუმცა, ჩხირები უკეთესად ასრულებენ ყველაზე მკრთალ შუქსაც კი.


როგორც პირველად 1940-იან წლებში ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა აჩვენა, ჩვენი თვალისთვის საკმარისია სინათლის ერთი კვანტი მისი დასანახად. „ადამიანს მხოლოდ ერთი ფოტონის დანახვა შეუძლია“, - ამბობს ბრაიან ვანდელი, სტენფორდის უნივერსიტეტის ფსიქოლოგიის და ელექტროინჟინერიის პროფესორი. „ბადურის მეტ მგრძნობელობას უბრალოდ აზრი არ აქვს“.

1941 წელს კოლუმბიის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა ჩაატარეს ექსპერიმენტი - სუბიექტები შეიყვანეს ბნელ ოთახში და მისცეს თვალებს გარკვეული დრო ადაპტაციისთვის. ჩხირებს რამდენიმე წუთი სჭირდება სრული მგრძნობელობის მისაღწევად; ამიტომაც, როცა ოთახში შუქს ჩავრთავთ, რაღაც დროის დანახვის უნარს ვკარგავთ.

შემდეგ მოციმციმე ლურჯ-მწვანე შუქი მიმართული იყო სუბიექტების სახეებზე. ნორმალურზე მაღალი ალბათობით, ექსპერიმენტის მონაწილეებმა ჩაწერეს სინათლის ციმციმი, როდესაც მხოლოდ 54 ფოტონი მოხვდა ბადურაზე.

ყველა ფოტონი, რომელიც აღწევს ბადურას, არ არის რეგისტრირებული ფოტომგრძნობიარე უჯრედებით. ამ გარემოებიდან გამომდინარე, მეცნიერები მივიდნენ დასკვნამდე, რომ მხოლოდ ხუთი ფოტონი, რომლებიც ააქტიურებენ ბადურის ხუთ სხვადასხვა ღეროს, საკმარისია იმისათვის, რომ ადამიანმა დაინახოს ციმციმი.

ყველაზე პატარა და ყველაზე შორეული ხილული ობიექტები

შემდეგი ფაქტი შეიძლება გაგიკვირდეთ: ობიექტის დანახვის ჩვენი უნარი სულაც არ არის დამოკიდებული მის ფიზიკურ ზომაზე ან მანძილზე, არამედ იმაზე, მოხვდა თუ არა მისგან გამოსხივებული რამდენიმე ფოტონი ჩვენს ბადურაზე.

„ერთადერთი, რაც თვალს სჭირდება რაიმეს დასანახად, არის გარკვეული რაოდენობის შუქი, რომელიც გამოიყოფა ან ირეკლავს მას ობიექტის მიერ“, - ამბობს ლანდი. „ეს ყველაფერი დამოკიდებულია ფოტონების რაოდენობაზე, რომლებიც აღწევს ბადურას. არსებობს წილადის ნაწილზე. მეორეც, ჩვენ მაინც შეგვიძლია დავინახოთ, თუ ის საკმარის ფოტონებს ასხივებს“.


ფსიქოლოგიის სახელმძღვანელოებში ხშირად ნათქვამია, რომ უღრუბლო ბნელ ღამეს სანთლის ალი ჩანს 48 კმ-მდე მანძილიდან. სინამდვილეში, ჩვენი ბადურა გამუდმებით იბომბება ფოტონებით, ასე რომ, დიდი მანძილიდან გამოსხივებული სინათლის ერთი კვანტი უბრალოდ დაიკარგება მათ ფონზე.

იმისთვის, რომ წარმოვიდგინოთ, რამდენად შორს შეგვიძლია დავინახოთ, მოდით, გადავხედოთ ღამის ცას, ვარსკვლავებით მოჭედილი. ვარსკვლავების ზომები უზარმაზარია; ბევრი მათგანი, ვისაც შეუიარაღებელი თვალით ვხედავთ, დიამეტრის მილიონობით კილომეტრია.

თუმცა, ჩვენთან უახლოესი ვარსკვლავებიც კი მდებარეობს დედამიწიდან 38 ტრილიონ კილომეტრზე მეტ მანძილზე, ამიტომ მათი აშკარა ზომები იმდენად მცირეა, რომ ჩვენს თვალს არ შეუძლია მათი გარჩევა.

მეორეს მხრივ, ჩვენ კვლავ ვაკვირდებით ვარსკვლავებს, როგორც სინათლის კაშკაშა წერტილოვან წყაროებს, რადგან მათ მიერ გამოსხივებული ფოტონები გადალახავენ გიგანტურ დისტანციებს, რომლებიც გვაშორებს და მოხვდება ჩვენს ბადურაზე.


ღამის ცაზე ყველა ცალკეული ხილული ვარსკვლავი ჩვენს გალაქტიკაში - ირმის ნახტომშია. ჩვენგან ყველაზე შორს არსებული ობიექტი, რომლის დანახვაც ადამიანს შეუიარაღებელი თვალით შეუძლია, მდებარეობს ირმის ნახტომის გარეთ და თავად არის ვარსკვლავური გროვა - ეს არის ანდრომედას ნისლეული, რომელიც მდებარეობს 2,5 მილიონი სინათლის წლის მანძილზე, ანუ 37 კვინტილიონი კმ-ზე. მზე. (ზოგიერთი ადამიანი ამტკიცებს, რომ განსაკუთრებით ბნელ ღამეებში, მკვეთრი ხედვა მათ საშუალებას აძლევს დაინახონ სამკუთხედის გალაქტიკა, რომელიც მდებარეობს დაახლოებით 3 მილიონი სინათლის წლის მანძილზე, მაგრამ ეს განცხადება დარჩეს მათ სინდისზე.)

ანდრომედას ნისლეული შეიცავს ტრილიონ ვარსკვლავს. დიდი მანძილის გამო, ყველა ეს მნათობი ჩვენთვის ერწყმის სინათლის ძლივს გამორჩეულ ლაქას. ამავდროულად, ანდრომედას ნისლეულის ზომა კოლოსალურია. ასეთ გიგანტურ მანძილზეც კი, მისი კუთხოვანი ზომა სავსე მთვარის დიამეტრზე ექვსჯერ აღემატება. თუმცა, ამ გალაქტიკიდან ჩვენამდე იმდენად ცოტა ფოტონი აღწევს, რომ ის ძლივს ჩანს ღამის ცაზე.

მხედველობის სიმახვილის ზღვარი

რატომ ვერ ვხედავთ ცალკეულ ვარსკვლავებს ანდრომედას ნისლეულში? ფაქტია, რომ მხედველობის გარჩევადობას ან სიმახვილეს აქვს თავისი შეზღუდვები. (მხედველობის სიმახვილე გულისხმობს ისეთი ელემენტების, როგორიცაა წერტილი ან ხაზი, ცალკეული ობიექტების სახით განასხვავების უნარს, რომლებიც არ ერწყმის მეზობელ ობიექტებს ან ფონს.)

ფაქტობრივად, მხედველობის სიმახვილე შეიძლება აღწერილი იყოს ისევე, როგორც კომპიუტერის მონიტორის გარჩევადობა - პიქსელების მინიმალური ზომის მიხედვით, რომლებიც ჯერ კიდევ შეგვიძლია გამოვყოთ ცალკეულ წერტილებად.


მხედველობის სიმახვილის შეზღუდვები დამოკიდებულია რამდენიმე ფაქტორზე - მაგალითად, მანძილი ცალკეულ კონუსებსა და ღეროებს შორის ბადურაზე. თანაბრად მნიშვნელოვან როლს ასრულებს თავად თვალის კაკლის ოპტიკური მახასიათებლები, რის გამოც ყველა ფოტონი არ ხვდება ფოტომგრძნობიარე უჯრედს.

თეორიულად, კვლევები აჩვენებს, რომ ჩვენი მხედველობის სიმახვილე შემოიფარგლება ჩვენი უნარით დავინახოთ დაახლოებით 120 პიქსელი კუთხის გრადუსზე (კუთხის საზომი ერთეული).

ადამიანის მხედველობის სიმახვილის საზღვრების პრაქტიკული ილუსტრაცია შეიძლება იყოს ფრჩხილის ზომის ობიექტი, რომელიც მდებარეობს ხელის სიგრძეზე, მასზე გამოყენებულია 60 ჰორიზონტალური და 60 ვერტიკალური ხაზი თეთრი და შავი ფერის მონაცვლეობით, რაც ქმნის ერთგვარ ჭადრაკის დაფას. "ეს ალბათ ყველაზე პატარა ნახატია, რომლის დახატვასაც ადამიანის თვალი ჯერ კიდევ შეუძლია", - ამბობს ლენდი.

ამ პრინციპზეა დაფუძნებული ცხრილები, რომლებსაც ოფთალმოლოგები იყენებენ მხედველობის სიმახვილის შესამოწმებლად. რუსეთში ყველაზე ცნობილი სივცევის ცხრილი შედგება თეთრ ფონზე შავი დიდი ასოების მწკრივებისგან, რომელთა შრიფტის ზომა ყოველ მწკრივთან ერთად უფრო მცირე ხდება.

ადამიანის მხედველობის სიმახვილე განისაზღვრება შრიფტის ზომით, რომლითაც ის წყვეტს ასოების კონტურების ნათლად დანახვას და იწყებს მათ დაბნევას.


ეს არის მხედველობის სიმახვილის ზღვარი, რომელიც ხსნის იმ ფაქტს, რომ ჩვენ არ შეგვიძლია შეუიარაღებელი თვალით დავინახოთ ბიოლოგიური უჯრედი, რომლის ზომა მხოლოდ რამდენიმე მიკრომეტრია.

მაგრამ არ ინერვიულო ამაზე. მილიონი ფერის გარჩევის, ცალკეული ფოტონების დანახვის და რამდენიმე კვინტილიონი კილომეტრის დაშორებით გალაქტიკების დანახვის უნარი საკმაოდ კარგი შედეგია, თუ გავითვალისწინებთ, რომ ჩვენი ხედვა უზრუნველყოფილია ჟელესმაგვარი ბურთის წყვილით თვალის ბუდეებში, რომლებიც დაკავშირებულია 1,5 კგ წონასთან. ფოროვანი მასა თავის ქალაში.

დედამიწის ზედაპირი მრუდის და ქრება ხედვის ველიდან 5 კილომეტრის მანძილზე. მაგრამ ჩვენი ხედვის სიმკვეთრე საშუალებას გვაძლევს დავინახოთ ჰორიზონტის მიღმა. თუ დედამიწა ბრტყელი იყო, ან თუ მთის წვერზე იდგებოდით და უყურებდით პლანეტის ბევრად უფრო დიდ ტერიტორიას, ვიდრე ჩვეულებრივ, ასობით მილის დაშორებით შეგეძლოთ კაშკაშა განათების დანახვა. ბნელ ღამეს თქვენგან 48 კილომეტრის დაშორებით მდებარე სანთლის ალიც კი დაინახავდით.

რამდენად შორს ხედავს ადამიანის თვალი, დამოკიდებულია იმაზე, თუ რამდენ სინათლის ნაწილაკს, ანუ ფოტონს ასხივებს შორეული ობიექტი. შეუიარაღებელი თვალით ხილული ყველაზე შორეული ობიექტი არის ანდრომედას ნისლეული, რომელიც მდებარეობს დედამიწიდან 2,6 მილიონი სინათლის წლის მანძილზე. ამ გალაქტიკაში ერთი ტრილიონი ვარსკვლავი ასხივებს საკმარის შუქს, რომ რამდენიმე ათასი ფოტონი ყოველ წამს შეეჯახოს დედამიწის ზედაპირის ყოველ კვადრატულ სანტიმეტრს. ბნელ ღამეს ეს რაოდენობა საკმარისია ბადურის გასააქტიურებლად.

1941 წელს მხედველობის სპეციალისტმა სელიგ ჰეხტმა და მისმა კოლეგებმა კოლუმბიის უნივერსიტეტში შეადგინეს ის, რაც ჯერ კიდევ ითვლება მხედველობის აბსოლუტური ზღურბლის საიმედო საზომად - ფოტონების მინიმალური რაოდენობა, რომელიც უნდა შევიდეს ბადურაში, რათა გამოიწვიოს ვიზუალური აღქმის ცნობიერება. ექსპერიმენტმა დაადგინა ბარიერი იდეალურ პირობებში: მონაწილეთა თვალებს მიეცათ დრო, რომ სრულად შეეგუებოდნენ აბსოლუტურ სიბნელეს, შუქის ცისფერ-მწვანე ციმციმა, რომელიც მოქმედებს როგორც სტიმული, ჰქონდა ტალღის სიგრძე 510 ნანომეტრი (რაზეც თვალები ყველაზე მგრძნობიარეა). და შუქი მიმართული იყო ბადურის პერიფერიულ კიდეზე.ივსებული სინათლის ამომცნობი როდ უჯრედებით.

მეცნიერთა აზრით, იმისთვის, რომ ექსპერიმენტის მონაწილეებმა ნახევარზე მეტ შემთხვევაში შეძლონ სინათლის ასეთი ციმციმის ამოცნობა, თვალის კაკლებში 54-დან 148-მდე ფოტონი უნდა ჩავარდნილიყო. ბადურის შთანთქმის გაზომვებზე დაყრდნობით, მეცნიერებმა გამოთვალეს, რომ საშუალოდ 10 ფოტონი რეალურად შეიწოვება ადამიანის ბადურის ღეროებით. ამრიგად, 5-14 ფოტონის შეწოვა, ან, შესაბამისად, 5-14 ღეროს გააქტიურება, ტვინს მიანიშნებს, რომ რაღაცას ხედავთ.

„ეს მართლაც ძალიან მცირე თანხაა. ქიმიური რეაქციები“, აღნიშნეს ჰეხტმა და მისმა კოლეგებმა სტატიაში ამ ექსპერიმენტის შესახებ.

აბსოლუტური ზღურბლის, სანთლის ალის სიკაშკაშის და სავარაუდო მანძილის გათვალისწინებით, რომლითაც მანათობელი ობიექტი იკლებს, მეცნიერებმა დაასკვნეს, რომ ადამიანს შეუძლია განასხვავოს სანთლის ალის სუსტი ციმციმი 48 კილომეტრის მანძილზე.

ადამიანის ზომის ობიექტები გამოირჩევა მხოლოდ 3 კილომეტრის მანძილზე. შედარებისთვის, ამ მანძილზე ჩვენ შეგვეძლო მკაფიოდ განვასხვავოთ მანქანის ორი ფარი, მაგრამ რა მანძილზე შეგვიძლია ამოვიცნოთ, რომ ობიექტი უფრო მეტია, ვიდრე მხოლოდ სინათლის ციმციმი? იმისათვის, რომ ობიექტი სივრცულად გაშლილი გამოჩნდეს და არა წერტილის სახით, მისგან შუქმა უნდა გაააქტიუროს მინიმუმ ორი მიმდებარე ბადურის კონუსი - უჯრედები, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან ფერთა ხედვაზე. იდეალურ შემთხვევაში, ობიექტი უნდა იყოს მინიმუმ 1 რკალისტური წუთის ან ხარისხის ერთი მეექვსედი კუთხით, რათა აღაგზნოს მიმდებარე კონუსები. ეს კუთხის ზომა იგივე რჩება, მიუხედავად იმისა, ობიექტი ახლოს არის თუ შორს (შორეული ობიექტი უნდა იყოს ბევრად უფრო დიდი, რომ იყოს იმავე კუთხით, როგორც ახლო). სავსე მთვარე მდებარეობს 30 რკალის კუთხით, ხოლო ვენერა ძლივს ჩანს, როგორც გაფართოებული ობიექტი დაახლოებით 1 რკალის კუთხით.

დაწყებული სინათლის წლებით დაშორებული შორეული გალაქტიკების დანახვით დაწყებული უხილავი ფერებით დამთავრებული, BBC-ის ჟურნალისტი ადამ ჰადაზი განმარტავს, რატომ შეუძლია თქვენს თვალებს წარმოუდგენელი რამის გაკეთება. მიმოიხედე გარშემო. Რას ხედავ? ყველა ეს ფერი, კედელი, ფანჯრები, ყველაფერი აშკარად ჩანს, თითქოს აქ უნდა იყოს. წარმოუდგენელია იდეა, რომ ამ ყველაფერს სინათლის ნაწილაკების - ფოტონების - წყალობით ვხედავთ, რომლებიც ამ ობიექტებს აფრქვევენ და ჩვენს თვალებში ხვდებიან.

ეს ფოტონის დაბომბვა შეიწოვება დაახლოებით 126 მილიონი ფოტომგრძნობიარე უჯრედის მიერ. ფოტონების სხვადასხვა მიმართულება და ენერგია გადაეცემა ჩვენს ტვინს სხვადასხვა ფორმები, ფერები, სიკაშკაშე, ავსებს ჩვენს მრავალფეროვან სამყაროს სურათებით.

ჩვენს გასაოცარ ხედვას აშკარად აქვს მთელი რიგი შეზღუდვები. ჩვენ ვერ ვხედავთ ჩვენსგან მომდინარე რადიოტალღებს ელექტრონული მოწყობილობებიჩვენ ვერ ვხედავთ ბაქტერიებს ჩვენს ცხვირქვეშ. მაგრამ ფიზიკისა და ბიოლოგიის მიღწევებით, ჩვენ შეგვიძლია დავადგინოთ ბუნებრივი ხედვის ფუნდამენტური შეზღუდვები. "ყველაფერს, რასაც ხედავთ, აქვს ზღურბლი, ყველაზე დაბალი დონე, რომელსაც ვერ ხედავთ ზემოთ ან ქვემოთ", - ამბობს მაიკლ ლანდი, ნიუ-იორკის უნივერსიტეტის ნეირომეცნიერების პროფესორი.

დავიწყოთ ამ ვიზუალური ზღურბლების პრიზმაში ყურება - მაპატიეთ სიტყვა - რომელსაც ბევრი უკავშირებს პირველ რიგში ხედვას: ფერს.

რატომ ვხედავთ იასამნისფერს და არა ყავისფერს, დამოკიდებულია ფოტონების ენერგიაზე ან ტალღის სიგრძეზე, რომლებიც მოხვდებიან ბადურაზე, რომელიც მდებარეობს ჩვენი თვალის კაკლის უკანა მხარეს. არსებობს ორი სახის ფოტორეცეპტორები, წნელები და კონუსები. გირჩები პასუხისმგებელნი არიან ფერზე, ხოლო წნელები გვაძლევს საშუალებას დავინახოთ ნაცრისფერი ჩრდილები დაბალი განათების პირობებში, მაგალითად, ღამით. ოპსინები, ან პიგმენტური მოლეკულები, ბადურის უჯრედებში შთანთქავს შემხვედრი ფოტონების ელექტრომაგნიტურ ენერგიას, წარმოქმნის ელექტრულ იმპულსს. ეს სიგნალი გადის მხედველობის ნერვიტვინში, სადაც იბადება ფერების და სურათების ცნობიერი აღქმა.

ჩვენ გვაქვს სამი სახის კონუსი და შესაბამისი ოპსინი, რომელთაგან თითოეული მგრძნობიარეა გარკვეული ტალღის სიგრძის ფოტონების მიმართ. ამ კონუსებს აწერია S, M და L (შესაბამისად, მოკლე, საშუალო და გრძელი ტალღის სიგრძე). ჩვენ მოკლე ტალღებს აღვიქვამთ ლურჯად, გრძელ ტალღებს წითლად. მათ შორის ტალღის სიგრძე და მათი კომბინაციები გადაიქცევა სრულ ცისარტყელად. ”მთელი სინათლე, რომელსაც ჩვენ ვხედავთ, გარდა ხელოვნურად შექმნილი პრიზმებით ან ლაზერის მსგავსი ჭკვიანური მოწყობილობებით, არის სხვადასხვა ტალღის სიგრძის ნაზავი”, - ამბობს ლენდი.

ფოტონის ყველა შესაძლო ტალღის სიგრძედან, ჩვენი კონუსები აღმოაჩენენ მცირე ზოლს 380-დან 720 ნანომეტრამდე - რასაც ჩვენ ხილულ სპექტრს ვუწოდებთ. ჩვენი აღქმის სპექტრის გარეთ არის ინფრაწითელი და რადიო სპექტრი, ამ უკანასკნელს აქვს ტალღის სიგრძის დიაპაზონი მილიმეტრიდან კილომეტრამდე.

ჩვენი ხილული სპექტრის ზემოთ, უფრო მაღალ ენერგიებზე და უფრო მოკლე ტალღის სიგრძეზე, ვპოულობთ ულტრაიისფერ სპექტრს, შემდეგ რენტგენს და ზედა ნაწილში, გამა-სხივების სპექტრს, ტალღის სიგრძე ტრილიონ მეტრამდე.

მიუხედავად იმისა, რომ უმეტესობა ჩვენგანი შემოიფარგლება ხილული სპექტრით, აფაკიის მქონე ადამიანებს (ლინზების ნაკლებობა) შეუძლიათ ულტრაიისფერი სპექტრის დანახვა. აფაკია ჩვეულებრივ იქმნება იმის გამო სწრაფი მოცილებაკატარაქტა ან დაბადების დეფექტები. ჩვეულებრივ, ლინზა ბლოკავს ულტრაიისფერ შუქს, ამიტომ მის გარეშე ადამიანებს შეუძლიათ დაინახონ ხილული სპექტრის მიღმა და აღიქვან ტალღის სიგრძე 300 ნანომეტრამდე მოლურჯო ელფერით.

2014 წელს ჩატარებულმა კვლევამ აჩვენა, რომ შედარებით რომ ვთქვათ, ჩვენ ყველას შეგვიძლია დავინახოთ ინფრაწითელი ფოტონები. თუ ორი ინფრაწითელი ფოტონი შემთხვევით მოხვდება ბადურის უჯრედს თითქმის ერთდროულად, მათი ენერგია გაერთიანდება და მათი ტალღის სიგრძე უხილავიდან (მაგ. 1000 ნანომეტრი) გარდაიქმნება ხილულ 500 ნანომეტრზე (უმრავლესობის თვალისთვის მაგარი მწვანე).

ჯანსაღი ადამიანის თვალს აქვს სამი სახის გირჩები, რომელთაგან თითოეულს შეუძლია განასხვავოს დაახლოებით 100 სხვადასხვა ფერის ჩრდილი, ამიტომ მკვლევარების უმეტესობა თანხმდება, რომ ჩვენს თვალებს ზოგადად შეუძლიათ განასხვავონ დაახლოებით მილიონი ჩრდილი. თუმცა ფერების აღქმა საკმაოდ სუბიექტური უნარია, რომელიც განსხვავდება ადამიანიდან მეორეზე, ამიტომ ზუსტი რიცხვების დადგენა საკმაოდ რთულია.

„საკმაოდ რთულია ამის ციფრებში ჩამოყალიბება“, - ამბობს კიმბერლი ჯემისონი, კალიფორნიის უნივერსიტეტის მკვლევარი, ირვინში. "ის, რასაც ერთი ადამიანი ხედავს, შეიძლება იყოს მხოლოდ იმ ფერების ნაწილი, რომელსაც სხვა ადამიანი ხედავს."

ჯემისონმა იცის რაზე ლაპარაკობს, რადგან მუშაობს „ტეტრაქრომატებთან“ – „ზეადამიანური“ ხედვის მქონე ადამიანებთან. ამ იშვიათ ინდივიდებს, ძირითადად ქალებს, აქვთ გენეტიკური მუტაცია, რომელიც მათ დამატებით მეოთხე კონუსებს აძლევს. უხეშად რომ ვთქვათ, კონუსების მეოთხე ნაკრების წყალობით, ტეტრაქრომატებს შეუძლიათ 100 მილიონი ფერის დანახვა. (დალტონიზმის მქონე ადამიანებს, დიქრომატებს აქვთ მხოლოდ ორი სახის კონუსი და ხედავენ დაახლოებით 10000 ფერს.)

რა არის ფოტონების მინიმალური რაოდენობა, რაც უნდა დავინახოთ?

იმისთვის, რომ ფერთა ხედვამ იმუშაოს, კონუსებს, ზოგადად, გაცილებით მეტი შუქი სჭირდებათ, ვიდრე მათ კოლეგებს. ამიტომ, დაბალი განათების პირობებში, ფერი „ქრება“, რადგან წინა პლანზე გამოდის მონოქრომატული წნელები.

იდეალურ ლაბორატორიულ პირობებში და ბადურის იმ ადგილებში, სადაც ღეროები ძირითადად არ არის, კონუსების გააქტიურება შესაძლებელია მხოლოდ რამდენიმე ფოტონის მიერ. მიუხედავად ამისა, ჯოხები უკეთესად მუშაობს დიფუზური სინათლის პირობებში. როგორც 1940-იანი წლების ექსპერიმენტებმა აჩვენა, ჩვენი ყურადღების მიქცევისთვის საკმარისია სინათლის ერთი კვანტი. „ადამიანებს შეუძლიათ უპასუხონ ერთ ფოტონს“, ამბობს ბრაიან ვანდელი, სტენფორდის ფსიქოლოგიის და ელექტროინჟინერიის პროფესორი. ”აზრი არ აქვს უფრო მგრძნობიარე ვიყოთ.”

1941 წელს კოლუმბიის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა ადამიანები ბნელ ოთახში ჩასვეს და მათ თვალებს არეგულირებდნენ. რამდენიმე წუთი დასჭირდა ჯოხებს სრულ მგრძნობელობის მიღწევას - რის გამოც ჩვენ გვიჭირს დანახვა, როდესაც შუქი უეცრად ჩაქრება.

შემდეგ მეცნიერებმა აანთეს ლურჯ-მწვანე შუქი სუბიექტების სახეების წინ. სტატისტიკურ შანსებს აღემატებოდა დონეს, მონაწილეებმა შეძლეს სინათლის დაფიქსირება, როდესაც პირველი 54 ფოტონი მათ თვალამდე მიაღწიეს.

თვალის სხვა კომპონენტების მიერ შეწოვის შედეგად ფოტონების დაკარგვის კომპენსაციის შემდეგ, მეცნიერებმა დაადგინეს, რომ სულ მცირე ხუთმა ფოტონიმ გაააქტიურა ხუთი ცალკეული ღერო, რომელიც მონაწილეებს აძლევდა სინათლის შეგრძნებას.

რა არის ყველაზე პატარა და შორეულის ზღვარი, რასაც ვხედავთ?

ეს ფაქტი შეიძლება გაგიკვირდეთ: არ არსებობს შიდა შეზღუდვაყველაზე პატარა ან შორს, რაც ჩვენ შეგვიძლია დავინახოთ. სანამ ნებისმიერი ზომის ობიექტები, ნებისმიერ მანძილზე, გადასცემენ ფოტონებს ბადურის უჯრედებს, ჩვენ შეგვიძლია მათი დანახვა.

„თვალს მხოლოდ ის აინტერესებს, თუ რა რაოდენობის შუქი ხვდება თვალში“, ამბობს ლენდი. - ფოტონების საერთო რაოდენობა. თქვენ შეგიძლიათ გააკეთოთ სინათლის წყარო სასაცილოდ პატარა და შორეული, მაგრამ თუ ის ასხივებს მძლავრ ფოტონებს, თქვენ დაინახავთ მას.”

მაგალითად, ჩვეულებრივი სიბრძნე ამბობს, რომ ბნელ, ნათელ ღამეს ჩვენ შეგვიძლია დავინახოთ სანთლის ალი 48 კილომეტრის მანძილზე. პრაქტიკაში, რა თქმა უნდა, ჩვენი თვალები უბრალოდ ფოტონებით დაიბანება, ამიტომ დიდი მანძილიდან მოხეტიალე მსუბუქი კვანტები უბრალოდ დაიკარგება ამ არეულობაში. „როდესაც ფონის ინტენსივობას გაზრდით, შუქის რაოდენობა, რომელიც რაღაცის სანახავად გჭირდებათ, იზრდება“, ამბობს ლანდი.

ღამის ცა, მუქი ფონი ვარსკვლავებით მოჭედილი, ჩვენი ხედვის დიაპაზონის თვალსაჩინო მაგალითია. ვარსკვლავები უზარმაზარია; ბევრი მათგანი, რომელსაც ღამის ცაზე ვხედავთ, დიამეტრის მილიონობით კილომეტრია. მაგრამ უახლოესი ვარსკვლავებიც კი ჩვენგან სულ მცირე 24 ტრილიონი კილომეტრით არის დაშორებული და, შესაბამისად, იმდენად მცირეა ჩვენი თვალისთვის, რომ მათ ვერ გაარჩევთ. მიუხედავად ამისა, ჩვენ ვხედავთ მათ, როგორც მძლავრი გამოსხივების წერტილებს, როგორც ფოტონები კვეთენ კოსმოსურ დისტანციებს და ხვდებიან ჩვენს თვალებში.

ყველა ცალკეული ვარსკვლავი, რომელსაც ღამის ცაზე ვხედავთ, არის ჩვენს გალაქტიკაში - ირმის ნახტომში. ყველაზე შორეული ობიექტი, რომელსაც შეუიარაღებელი თვალით ვხედავთ, ჩვენი გალაქტიკის მიღმაა: ანდრომედას გალაქტიკა, რომელიც მდებარეობს ჩვენგან 2,5 მილიონი სინათლის წლის მანძილზე. (მიუხედავად იმისა, რომ ეს სადავოა, ზოგიერთი ადამიანი ამტკიცებს, რომ შეუძლია დაინახოს Triangulum გალაქტიკა უკიდურესად ბნელ ღამის ცაზე და ის სამი მილიონი სინათლის წლის მანძილზეა დაშორებული, უბრალოდ უნდა აიღოს თავისი სიტყვა).

ანდრომედას გალაქტიკაში ტრილიონი ვარსკვლავი, მისი მანძილის გათვალისწინებით, ბუნდოვანი ცის მბზინავ ნაწილებად იქცევა. და მაინც მისი ზომა კოლოსალურია. აშკარა ზომის თვალსაზრისით, თუნდაც კვინტილიონი კილომეტრის დაშორებით, ეს გალაქტიკა სავსე მთვარეზე ექვსჯერ ფართოა. თუმცა, იმდენად ცოტა ფოტონი აღწევს ჩვენს თვალში, რომ ეს ციური მონსტრი თითქმის უხილავია.

რამდენად მკვეთრი შეიძლება იყოს მხედველობა?

რატომ ვერ ვხედავთ ცალკეულ ვარსკვლავებს ანდრომედას გალაქტიკაში? ჩვენი ვიზუალური გარჩევადობის საზღვრები ან ვიზუალური სიმახვილე აწესებს საკუთარ შეზღუდვებს. მხედველობის სიმახვილე არის უნარი განასხვავოს დეტალები, როგორიცაა წერტილები ან ხაზები ერთმანეთისგან ცალ-ცალკე, რათა არ შერწყმა. ამრიგად, ჩვენ შეგვიძლია ვიფიქროთ მხედველობის საზღვრებზე, როგორც „პუნქტების“ რაოდენობაზე, რომელთა გარჩევაც შეგვიძლია.

მხედველობის სიმახვილის ლიმიტები განისაზღვრება რამდენიმე ფაქტორით, როგორიცაა მანძილი კონუსებსა და ღეროებს შორის, რომლებიც შეფუთულია ბადურაზე. ასევე მნიშვნელოვანია თავად თვალის კაკლის ოპტიკა, რომელიც, როგორც უკვე ვთქვით, ხელს უშლის ყველა შესაძლო ფოტონის შეღწევას სინათლისადმი მგრძნობიარე უჯრედებში.

თეორიულად, კვლევებმა აჩვენა, რომ საუკეთესო, რაც შეგვიძლია დავინახოთ, არის დაახლოებით 120 პიქსელი რკალის ხარისხზე, კუთხის საზომი ერთეული. თქვენ შეგიძლიათ წარმოიდგინოთ, როგორც 60x60 შავ-თეთრი ჭადრაკის დაფა, რომელიც ჯდება გაშლილი ხელის ფრჩხილზე. "ეს არის ყველაზე ნათელი ნიმუში, რაც შეგიძლიათ ნახოთ", - ამბობს ლენდი.

თვალის ტესტი, ისევე როგორც მაგიდა პატარა ასოებით, ხელმძღვანელობს იგივე პრინციპებით. სიმკვეთრის ეს იგივე საზღვრები ხსნის, თუ რატომ არ შეგვიძლია განვასხვავოთ და ფოკუსირება მოვახდინოთ ერთ ბნელზე ბიოლოგიური უჯრედირამდენიმე მიკრომეტრი სიგანე.

ოღონდ ნუ ჩამოწერთ თავს. მილიონი ფერი, ცალკეული ფოტონები, გალაქტიკური სამყარო კვინტილიონ კილომეტრის დაშორებით - არც ისე ცუდია ჩვენს თვალის ბუდეებში ჟელეს ბუშტისთვის, რომელიც დაკავშირებულია 1,4 კილოგრამიან ღრუბელთან ჩვენს თავის ქალაში.

დედამიწის ზედაპირი თქვენს მხედველობის ველში იწყებს მრუდებას დაახლოებით 5 კმ მანძილზე. მაგრამ ადამიანის ხედვის სიმკვეთრე საშუალებას გაძლევთ ნახოთ ბევრი რამ ჰორიზონტის მიღმა. გამრუდება რომ არ იყოს, თქვენგან 50 კმ-ის დაშორებით სანთლის ალი დაინახავდით.

ხედვის დიაპაზონი დამოკიდებულია შორეული ობიექტის მიერ გამოსხივებული ფოტონების რაოდენობაზე. ამ გალაქტიკაში 1,000,000,000,000 ვარსკვლავი ერთობლივად ასხივებს საკმარის შუქს რამდენიმე ათასი ფოტონისთვის, რომ მიაღწიოს თითოეულ კვადრატულ მილს. იხილეთ დედამიწა. ეს საკმარისია ბადურის აღგზნებისთვის ადამიანის თვალი.

ვინაიდან დედამიწაზე ყოფნისას ადამიანის მხედველობის სიმახვილის შემოწმება შეუძლებელია, მეცნიერებმა მათემატიკურ გამოთვლებს მიმართეს. მათ აღმოაჩინეს, რომ მბჟუტავი შუქის დასანახად, ბადურაზე 5-დან 14-მდე ფოტონი უნდა მოხვდეს. სანთლის ალი 50 კმ მანძილზე, სინათლის გაფანტვის გათვალისწინებით, იძლევა ამ რაოდენობას და ტვინი ცნობს სუსტ ბზინვარებას.

როგორ გავარკვიოთ რაიმე პირადული თანამოსაუბრის შესახებ გარეგნობა

"ბუების" საიდუმლოებები, რომელთა შესახებაც "ლარნაკებმა" არ იციან

როგორ მუშაობს ტვინის ფოსტა - შეტყობინებების გადაცემა ტვინიდან ტვინში ინტერნეტის საშუალებით

რატომ არის საჭირო მოწყენილობა?

„მაგნიტი კაცი“: როგორ გავხდეთ უფრო ქარიზმატული და მიიზიდოთ ხალხი თქვენკენ

25 ციტატა თქვენი შინაგანი მებრძოლის გასაღვიძებლად

როგორ განვავითაროთ თავდაჯერებულობა

შესაძლებელია თუ არა ორგანიზმის „ტოქსინებისგან გაწმენდა“?

5 მიზეზი, რის გამოც ადამიანები ყოველთვის ადანაშაულებენ მსხვერპლს დანაშაულში და არა დამნაშავეს

ექსპერიმენტი: ადამიანი სვამს დღეში 10 ქილა კოლას, რათა დაამტკიცოს მისი მავნებლობა



მსგავსი სტატიები

  • ინგლისური - საათი, დრო

    ყველას, ვისაც აინტერესებს ინგლისური ენის შესწავლა, მოუწია უცნაურ აღნიშვნებს გვ. მ. და ა. მ , და საერთოდ, სადაც დროა ნახსენები, რატომღაც მხოლოდ 12 საათიანი ფორმატი გამოიყენება. ალბათ ჩვენთვის მცხოვრები...

  • "ალქიმია ქაღალდზე": რეცეპტები

    Doodle Alchemy ან Alchemy ქაღალდზე Android-ისთვის არის საინტერესო თავსატეხი ლამაზი გრაფიკით და ეფექტებით. ისწავლეთ როგორ ითამაშოთ ეს საოცარი თამაში და იპოვეთ ელემენტების კომბინაციები, რათა დაასრულოთ ალქიმია ქაღალდზე. Თამაში...

  • თამაშის ავარია Batman: Arkham City?

    თუ თქვენ წინაშე აღმოჩნდებით, რომ Batman: Arkham City ანელებს, ავარია, Batman: Arkham City არ დაიწყება, Batman: Arkham City არ დაინსტალირდება, არ არის კონტროლი Batman: Arkham City, არ არის ხმა, გამოდის შეცდომები. ზევით, ბეტმენში:...

  • როგორ მოვიშოროთ ადამიანი სათამაშო აპარატებიდან როგორ მოვიშოროთ ადამიანი აზარტული თამაშებისგან

    მოსკოვის Rehab Family კლინიკის ფსიქოთერაპევტთან და აზარტულ თამაშებზე დამოკიდებულების მკურნალობის სპეციალისტთან რომან გერასიმოვთან ერთად, რეიტინგის ბუკმეიკერებმა სპორტულ ფსონებში აზარტული მოთამაშეს გზა გაუყვეს - დამოკიდებულების ჩამოყალიბებიდან ექიმთან ვიზიტამდე,...

  • Rebuses გასართობი თავსატეხები თავსატეხები გამოცანები

    თამაში "RIDDLES Charades Rebuses": პასუხი განყოფილებაზე "RIDDLES" დონე 1 და 2 ● არც თაგვი, არც ჩიტი - ის ხარობს ტყეში, ცხოვრობს ხეებზე და ღრღნის თხილს. ● სამი თვალი - სამი ბრძანება, წითელი - ყველაზე საშიში. დონე 3 და 4 ● ორი ანტენა თითო...

  • შხამისთვის თანხების მიღების პირობები

    რამდენი თანხა მიდის SBERBANK-ის ბარათის ანგარიშზე გადახდის ოპერაციების მნიშვნელოვანი პარამეტრებია სახსრების დაკრედიტების პირობები და ტარიფები. ეს კრიტერიუმები, პირველ რიგში, დამოკიდებულია თარგმანის არჩეულ მეთოდზე. რა პირობებია ანგარიშებს შორის თანხის გადარიცხვისთვის