Александр Константинов Профессионал

Что мы чувствуем? Часть II. Зрение.

Около 90% всей информации, воспринимаемой с помощью органов чувств, человек получает с помощью зрения. По количеству создаваемых образов ему нет равных. Глаз человека — чрезвычайно сложная оптическая система, различающая более 15-ти миллионов оттенков цветов. В этой статье мы попробуем разобраться с тем, что же мы видим каждый день, и как у нас это получается.

Свет. Что это такое и с чем его едят? За объяснениями обратимся к физике. Физика, конечно, может много чего интересного рассказать о свете, его природе и явлениях, которые он создает. Например, об интерференции и дифракции, таких сложных, на первый взгляд, явлениях, но сплошь и рядом встречающихся в нашей повседневной жизни. Но ограничимся пока определением. Что же такое свет с точки зрения физики?

Свет представляет собой электромагнитные волны в определенном диапазоне частот. В физике то, что мы называем «светом», называют «видимым светом». Кстати, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение — это тоже электромагнитные волны, но наш глаз просто не может их «уловить», поскольку ограничен в восприятии. Рентгеновское излучение, например, вообще свободно проходит через глаз, отражаясь только от плотных частей тела (таких как кости и суставы). Частота видимого света (или лучше сказать — световой волны), в свою очередь, определяет цвет того или иного объекта. Поэтому количество частот, которые может воспринимать наш глаз — те самые 15 миллионов, как и количество цветов.

Каждому цвету соответствует своя частота. Знакомая многим поговорка «Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан» выстраивает цвета в порядке увеличения частоты световой волны, а именно: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый — те самые семь основных цветов, или, как их еще называют, семь цветов радуги. Эти цвета в совокупности называются спектром. И что очень интересно, если их сложить (наложить друг на друга), то получится белый цвет. Обратный процесс — разложение белого света на спектр — вы можете наблюдать с помощью призмы Ньютона или же с помощью компакт-диска.

Но почему листья на деревьях зеленые (а осенью желтые и красные), почему небо голубое, почему Солнце на восходе и закате красное, а в полдень желтое? На самом деле, уверенно ответить на эти вопросы человек смог только после появления квантовой механики и теории относительности. В физике существует такое понятие как корпускулярно-волновой дуализм, согласно которому электромагнитное излучение (в частности, свет), может быть представлено и как волна, и как поток частиц — фотонов. Это зависит от конкретной ситуации. Следует понимать, что к тому времени, когда свет «прилетает» в наш глаз, он может быть уже совсем не таким, каким его испустил источник. И все это сказывается на нем самым прямым образом, следовательно, сказывается на том, что мы видим.

Цвет листьев и любых других объектов определяется структурой вещества, из которого они состоят. Любое вещество поглощает и отражает определенный процент от упавшего на него света. И эти проценты (коэффициенты поглощения и отражения), различны для различных цветов. Например, летом листья растений состоят из определенных органических соединений, принимающих участие в обмене веществ. Эти листья из всех цветов лучше всего отражают зеленый. Осенью минеральный состав листьев меняется, и они лучше отражают желтый цвет. Небо голубое потому, что солнечный свет, войдя в атмосферу, рассеивается на ее неоднородностях, мелких частицах, стремясь к определенному распределению интенсивности света, и происходит это именно при голубом цвете. Это пример дифракции. Солнечный луч утром и вечером, когда солнце низко склонено над горизонтом, проходит наибольшее расстояние в атмосфере. За время его путешествия все цвета, входящие в состав этого луча, рассеиваются, но красный свет, имея минимальную частоту (максимальную длину волны), является наиболее устойчивым к подобного рода путешествиям. Именно он и доходит до нас. В полдень солнечный луч преодолевает минимальное расстояние в атмосфере, поэтому цвет солнца более желтый, больше похож на настоящий цвет.

Теперь поговорим о наших зрительных органах — глазах. Как человек видит? Как все эти волны, попадая к нам в глаз, вызывают у нас зрительные ощущения?

Структура глаза очень сложна. Но упрощенно глаз можно рассматривать, как оптическую систему, сходную с видеокамерой. Свет попадает в зрачок (объектив), после чего хрусталик, как собирающая линза, направляет свет на сетчатку (матрицу фотокамеры или пленку). Но хрусталик отправляет на сетчатку перевернутое изображение объекта. Т. е. изображение, где деревья растут сверху вниз, и небо находится внизу. От работы хрусталика зависит острота нашего зрения. Хрусталик растягивается и сужается в зависимости от расстояния до рассматриваемого предмета. Это обеспечивают специальные мышцы, неправильная работа которых может привести к расстройствам зрения — близорукости и дальнозоркости. В темноте зрачок расширяется, он поглощает больше света, и, следовательно, видимость улучшается. Можно понаблюдать за изменением размера зрачка, стоя перед зеркалом и попеременно включая и выключая свет.

Сетчатка состоит из палочек и колбочек, которые и регистрируют изображение. Палочки обладают очень большой чувствительностью и используются в темноте. Теоретически, они могут «зафиксировать» изображение от свечи, удаленной на 200 км. Колбочки не так чувствительны к свету, но именно они различают цвета. А именно — три цвета — красный, зеленый и синий. В сумме они дают белый цвет. Такая же схема построения изображения используется в телевизорах и мониторах. Да и большинство из нас, работая в каком-нибудь графическом редакторе, замечали, что все цвета там создаются из этих трех. Например, в стандартном Paint-е.

Далее по зрительным нервам вся эта информация поступает в зрительный отдел головного мозга, который находится на затылке. В мозгу изображение еще раз переворачивается, так что мы ничего не замечаем. Были проведены эксперименты, в которых человеку надевали очки, переворачивающие изображения. Он в них ходил, пока мозг не перевернул изображение еще раз. Затем человек снял очки, и у него снова все стало «вверх тормашками». Через некоторое время его мозг снова восстанавливал правильное изображение.

Интересен еще следующий факт. Ученые подсчитали, что 100 тысяч зрительных клеток сетчатки передают приблизительно 875 тысяч бит информации в секунду. Таким образом, всей поверхностью сетчатки человек воспринимает около 10 Мбит/с.

Берегите ваше зрение, в мире столько всего интересного. У человека не было бы глаз, если бы они ему не были нужны! И ешьте больше морковки!

Обновлено 5.10.2006
Статья размещена на сайте 7.10.2006

Комментарии (4):

Чтобы оставить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт

Войти через социальные сети: