Какви са границите на човешкото зрение BBC руската служба
Кореспондентът на Би Би Си Future разказва за невероятните качества на нашата визия - способността да вижда далечни галактики на възможността от заразяване с невидимите, на пръв поглед светлинните вълни.
Минете през стаята, които са - това, което виждате? Стени, прозорци, цветни предмети - всичко това изглежда толкова познати и приети за даденост. Лесно е да се забрави за факта, че ние виждаме света около нас, само защото фотоните - частиците на светлината, отразена от обекта и попадат върху ретината.
В ретината на всяко от очите ни се намира на около 126 милиона светлочувствителни клетки. Мозъкът дешифрира, получена от тези клетка информация за посоката и енергията на фотоните, които попадат върху тях и го превръща в най-различни форми, цветове и интензитет на светлината околните обекти.
В човешкото око има своите ограничения. Така че, ние не сме в състояние да видите никакви радиовълни излъчвани от електронни устройства или невидими за невъоръжено око, най-малките бактерии.
Първо, помислете прага от гледна точка на нашата способност за различаване на цветовете - може би първата възможност, която идва на ум по отношение на зрението.
Носител на права, илюстрация SPL изображението надпис Шишарки са отговорни за възприемането на цветовете, както и пръчици да ни помогне, за да видите нюанси на сивото при слаба светлина
Нашата способност да се прави разлика, например, лилав цвят от лилаво, е свързана с дължината на вълната на фотоните, които попадат върху ретината. В ретината, има два вида светлочувствителни клетки - пръчки и конуси. Конуси са отговорни за възприемането на цветовете (т.нар зрението през деня) и пръти ни позволяват да видим нюанси на сивото при ниска осветеност - например през нощта (нощно виждане).
Съдържащите се в светлочувствителни клетки на рецептори - opsins - поглъщат електромагнитна енергия на фотони и произвеждат електрически импулси. Тези сигнали по зрителния нерв към мозъка падат, което създава цветна картина на това, което се случва около нас.
Човешкото око има три типа конуси, и съответния брой видове opsins, всеки от които е особено чувствителна към фотони с определен обхват на дължини на вълните на светлината.
Конуси S-тип чувствителни към виолетово-синьо, къса дължина на вълната част от видимия спектър; М-тип конуси са отговорни за жълто-зелено (средни вълни), и тип L-конус - за жълто-червен (дълги вълни).
Всички тези вълни, както и комбинации от тях, да ни позволи да видите пълната гама от цветове на дъгата. "Всички източници на човешка видима светлина, с изключение на няколко изкуствени (като например пречупващи призма или лазер), отделя смес от различни дължини на вълните," - каза Landy.
Носител на права, илюстрация Thinkstock Изображението не надпис на целия спектър от полезни за очите ни.
От всички фотоните в характера на нашите конуси са в състояние да определят само тези, които се характеризират с дължина на вълната в много тесни граници (обикновено от 380 до 720 нанометра) - тя се нарича спектър на видимата светлина. Под този диапазон са инфрачервени и радио спектри - последната нискоенергийни фотони с дължина на вълната в диапазона от няколко милиметра до км.
От другата страна на видимия вълна групата е ултравиолетов спектър последвано от рентгенова, а след това - гама-лъчи спектър с фотони, чиято дължина на вълната не превишава милиарди метър.
Въпреки, че от гледна точка на по-голямата част от нас са ограничени до видимия спектър, хора с афакия - липса на лещата на окото (в резултат на операция за катаракта или, по-рядко, тъй като в резултат на вродени дефекти) - могат да видят ултравиолетови вълни.
При здрави блокове лещите на очите ултравиолетово диапазон с дължина на вълната, но при липсата на хора, които могат да се възприемат с дължина на вълната около 300 нанометра, като синьо-бял цвят.
Колко цветове виждаме?
В здраво човешко око, трите вида конуси, всяка от които е в състояние да се прави разграничение между около 100 различни цветове. Поради тази причина, повечето изследователи смятат, броят на различими цветове нас За един милион. Въпреки това, възприемането на цвят е много субективно и индивидуално.
"Просто се преброи колко цвята, което виждаме, не е възможно, - казва Kimberli Dzhemeson, изследовател в Университета на Калифорния, Ървайн. - Някои хора виждат повече, някои -. По-малко"
Jameson знае за какво говори. Тя изучава tetrachromacy виждане - хора с наистина свръхчовешко способността да разпознават цветове. Tetrachromacy рядко, в повечето случаи при жените. В резултат на генетичните мутации, те разполагат с допълнителен, четвърти тип конус клетки, което им позволява, според груби изчисления, вижте 100 милиона цвята. (Хората, страдащи от цветна слепота, или dichromates, само два вида шишарки - те не се различават с повече от 10 000 цвята.)
Колко имаме нужда от фотоните да види светлината?
Обикновено, конуси за оптимално функциониране изисква много повече светлина от пръчки. Поради тази причина, нашата способност за различаване на цветовете намалява, и за работата, се приемат пръчки, осигуряване на черно-бяла визия при слаба светлина.
При идеални лабораторни условия в тези райони на ретината, където по-голямата част не са налице пръчки за, шишарки може да се активира при контакт с тях само няколко фотони. Въпреки това, пръчки се справят със задачата да се регистрират дори слабата светлина, дори по-добре.
Носител на права, илюстрация SPL надпис Изображение някои хора след операция на окото придобиват способността да се вижда ултравиолетова светлина
Експериментите показват, че за първи път провежда през 1940-те. една светлина квантовата е достатъчна, за да се гарантира, че нашите очи я виждат. "Човек може да види един единствен фотон, - каза Брайън Wandell, професор по психология и електротехника в Станфордския университет. - Колкото по-висока чувствителност на ретината просто няма смисъл."
През 1941 г. учени от Колумбийския университет провеждат експеримент - теста спря в тъмна стая и да даде очите си за определен период от време да се адаптира. За да се постигне пълно чувствителността на прътите отнема няколко минути; Ето защо, когато се изключи светлината в стаята, а след това в някакъв момент губят способността да се вижда нищо.
След това лицето тестове изпрати мига синьо и зелено светлина. С вероятност за по-високи от нормалните индивиди злополуки са били записани на флаш светлина, когато се удари върху ретината на 54-фотони.
Не всички фотоните, достигащи на ретината, светлочувствителната клетките са регистрирани. С оглед на това, учените са заключили, че само пет фотони, активиращи пет различни пръчки в ретината, достатъчно е, че лицето, видя светкавица.
Най-малките и най-далечните видими обекти
На следния факт може да ви изненада: способността ни да виждаме обект не зависи от физическото му размер или премахване, но от това, дали поне да вземем няколко фотони, излъчени от тях на нашия ретината.
"Единственото нещо, от което имате нужда за окото, за да видите нещо - не е определен размер на излъчената или отразена светлина на неговия предмет, - казва Ланди. - Всичко се свежда до броя на фотоните, достигащи на ретината, независимо колко малка или е източник на светлина, дори и ако това е така. последно за част от секундата, ние все още сме в състояние да го видите, ако той излъчва достатъчно фотони. "
Носител на права, илюстрация Thinkstock изображението надпис Eye сравнително малък брой фотони, за да видите светлината
Одобрението на общи учебници по психология, че в безоблачно тъмна нощ пламък на свещ може да се види от разстояние до 48 км. В действителност, нашите ретини са постоянно бомбардирани с фотони, така че един квантов на светлината се излъчва от разстояние, просто да се загуби на техния фон.
За да си представите колко далеч можем да видим, погледнете към нощното небе, осеян със звезди. Размерите на звездите са огромни; много от тези, които видяхме с невъоръжено око, да достигнат милиони километри в диаметър.
Въпреки това, дори и най-близките до нас звезда, намираща се на разстояние повече от 38 трилиона километра от Земята, така че очевидно им размер е толкова малка, че очите ни не може да ги различи.
От друга страна, все още виждаме звезди като източници на ярка точка светлина, тъй като излъчваната фотони преодолеят огромните разстояния нас разделителни и да получите на нашия ретината.
Притежателя на правото илюстрация Thinkstock изображението надпис зрителната острота намалява с увеличаване на разстоянието до обекта
Всички индивидуални виждали звезди в нощното небе са в нашата галактика - Млечния път. Най-отдалечената от нас обекта, който човек е в състояние да се види с невъоръжено око, се намира извън самия Млечния път е звезден куп - е галактиката Андромеда, на разстояние от 2,5 милиона светлинни години, или 37 квинтилион километра от Слънцето. (Някои хора казват, че особено тъмните нощи остър поглед им позволява да видите Galaxy триъгълник, който се намира на разстояние от около 3 милиона светлинни години от нас, но нека това твърдение ще остане на тяхната съвест.)
Галактика Андромеда има един трилион звезди. Поради отдалечеността на тези осветителни тела, за да ни се сливат в един фин точица светлина. Размерите на Андромеда Galaxy са огромни. Дори от това разстояние Giant ъглов размера си шест пъти диаметъра на пълнолуние. Въпреки това, преди да се понесе толкова малко фотони от галактиката, че това е едва различими в нощното небе.
Граница на зрителна острота
Защо не сме в състояние да различи отделните звезди в Андромеда? Фактът, че рязкостта оглед има своите ограничения. (Под зрителна острота е означена способността за разграничаване елементи като точка или линия, като отделни единици, не се сливат със съседните обекти или фона).
В действителност, зрителна острота може да се опише както и решаването на компютърен монитор - минималното количество от пиксели, които все още са в състояние да се разграничат като отделни точки.
Носител на права, илюстрация SPL Изображение на надписите, достатъчно ярка, предмети могат да се видят на разстояние няколко светлинни години
Ограниченията на визуален зависят от няколко фактора - като разстоянието между отделните конуси и ретината пръти око. Не по-малко важна е ролята на оптичните характеристики на очната ябълка, поради което не всеки фотон удари светлочувствителни клетки.
На теория, проучванията показват, че остротата на нашата ограничена възможност за разграничаване на около 120 пиксела на ъглов степен (единица за ъглова мярка).
Илюстрира практически граници на човешкото зрение острота може да бъде разположен на една ръка разстояние от зоната на обект на нокътя, с отложен върху него 60 хоризонтални и вертикални линии 60 са последователно черни и бели цветове, образуващи шахматен сходство. "Очевидно е, че това е най-малката снимка, че все още са в състояние да се прави разлика, че човешкото око," - каза Ланди.
Въз основа на този принцип на масата се използва от oculists за тестване на зрителната острота. Най-известният български Sivtseva таблицата е поредица от черни главни букви на бял фон, размер на шрифта, с които всеки ред става все по-малък.
Остротата оглед на човек се определя от начина, по какъв размер на шрифта престава да видите ясно контурите на буквите и започва да се обърка.
Носител на права, илюстрация Thinkstock изображението надпис Маси черни букви се използват за тестване на зрителната острота на бял фон
Това е границата на зрителната острота се дължи на факта, че ние не можем да видим с невъоръжено око биологична клетка, размерите на които са само на няколко микрометра.
Но не скърби за него. Способността да се различи милиони цветове за улавяне единични фотони и да видим галактиката на разстояние от няколко квинтилион км - много добър резултат, като се има предвид, че нашата визия се осигурява от един чифт желирани топки в техните гнезда, свързани с polutorakilogrammovoy пореста маса в черепа.