Capacitatea uimitoare a viziunii cosmice ochiului uman și raze invizibile - pe ochi

Va oferim pentru a afla despre proprietatile uimitoare ale viziunii noastre - abilitatea de a vedea galaxii îndepărtate la posibilitatea de a capta invizibile valuri, aparent ușoare.

Du-te prin camera, care sunt - ceea ce vezi? Pereți, ferestre, obiecte colorate - totul pare atât de familiar și luat de la sine. Este ușor să uităm despre faptul că noi vedem lumea din jurul nostru numai pentru că fotonii - particule de lumină, reflectată de obiect și care se încadrează pe retină.

In retina din fiecare ochiului nostru este situat la aproximativ 126 milioane de celule sensibile la lumina. Creierul descifreaza a primit de la aceste informații de celule despre direcția și energia fotonilor care se încadrează pe ele și îl transformă într-o varietate de forme, culori și intensitatea luminoasă a obiectelor din jur.

În ochiul uman are limitele sale. Deci, noi nu suntem capabili de a vedea nici undele radio emise de dispozitivele electronice sau invizibile cu ochiul liber, cele mai mici bacterii.

În primul rând, ia în considerare pragul în ceea ce privește capacitatea noastră de a distinge culori - poate prima abilitate care vine în minte în legătură cu viziune.

Conuri sunt responsabile pentru percepția culorilor, și bastoane pentru a ne ajuta pentru a vedea nuanțe de gri în lumină scăzută

Capacitatea noastră de a distinge, de exemplu, de culoare violet de violet este asociat cu lungimea de undă a fotonilor care se încadrează pe retină. In retinei, exista doua tipuri de celule sensibile la lumina - tije si conuri. Conuri sunt responsabile pentru percepția culorilor (așa-numita viziune pe timp de zi) și tije ne permit să vedem nuanțele de gri în condiții de lumină scăzută - cum ar fi timp de noapte (vedere de noapte).

Conținuți în celulele sensibile la lumină ale receptorilor - opsine - absorb energia electromagnetică de fotoni și produc impulsuri electrice. Aceste semnale de-a lungul nervului optic la căderea creierului, ceea ce creează o imagine de culoare a ceea ce se întâmplă în jurul nostru.

Ochiul uman are trei tipuri de conuri și numărul corespunzător de tipuri de opsins, fiecare dintre care este deosebit de sensibil la fotoni cu un anumit interval de lungimi de undă ale luminii.

S tip conurile sensibil la albastru-violet, parte scurtă lungime de undă a spectrului vizibil; conuri de tip M sunt responsabile pentru galben-verde (unda medie) și tipul L-con - pentru galben-rosu (lungimi de undă mai).

Toate aceste valuri, și combinații ale acestora, ne permit să vedem întreaga gamă de culori ale curcubeului. „Toate sursele de lumină vizibilă umană, cu excepția unui număr de artificial (cum ar fi o prismă refracting sau cu laser), emite un amestec de diferite lungimi de undă,“ - a spus Landy.

Nu este o întreagă gamă de utile pentru ochii noștri

Dintre toate fotonii din natura conurilor noastre sunt în măsură să stabilească numai cele care sunt caracterizate printr-o lungime de undă într-un interval foarte îngust (de obicei, de la 380 la 720 nanometri) - este numit spectrul luminii vizibile. Sub acest interval sunt spectrele în infraroșu și radio - ultima fotoni de energie joasă lungime de undă variind de la câțiva milimetri la kilometri.

Pe de cealaltă parte a benzii de undă vizibilă este spectrul ultraviolet, urmat de raze X, și apoi - spectrul de raze gama cu fotoni a căror lungime de undă nu depășește trilioane de un metru.

Deși opinia majorității dintre noi sunt limitate la spectrul vizibil, persoanele cu afakie - absența lentilei ochiului (ca urmare a unor intervenții chirurgicale pentru cataractă sau, mai puțin frecvent, ca urmare a unui defect congenital) - sunt capabili de a vedea valuri ultraviolete.

Într-un interval de lungimi de undă ultraviolete sănătoase blocuri lentila ochiului, dar în absența unor persoane capabile să perceapă o lungime de undă de aproximativ 300 de nanometri ca o culoare alb-albastru.

Cât de multe culori vedem?

Într-un ochi uman sănătos, cele trei tipuri de conuri, fiecare dintre acestea fiind în măsură să se facă distincția între aproximativ 100 de culori diferite. Din acest motiv, cei mai mulți cercetători estimează numărul de culori distincte ne cu privire la un milion. Cu toate acestea, percepția culorilor este foarte subiectivă și individuală.

„Doar conta cât de multe culori vom vedea, nu este posibil, - spune Kimberli Dzhemeson, un cercetator de la Universitatea din California, Irvine. - Unii oameni văd mai mult, altele -. Mai puțin“

Jameson știe despre ce vorbește. Ea studiază viziune tetrachromacy - oameni cu capacitatea de a discerne cu adevărat supraomenească culori. Tetrachromacy rare, în cele mai multe cazuri, la femei. Ca urmare a mutațiilor genetice au un al patrulea tip suplimentar, de celule cu conuri, ceea ce le permite, în conformitate cu estimările brute, a se vedea 100 de milioane de culori. (Persoanele care suferă de daltonism, sau bicromați, doar două tipuri de conuri - ele nu diferă cu mai mult de 10 000 de culori.)

Cât de mult avem nevoie de fotoni pentru a vedea lumina?

De obicei, conuri pentru funcționarea optimă necesită mult mai multă lumină decât tije. Din acest motiv, capacitatea noastră de a distinge culori este în scădere, iar pentru munca sunt acceptate stick-uri, oferind viziune alb-negru în lumină scăzută.

În condiții de laborator ideale în acele zone ale retinei, în cazul în care cea mai mare parte nu există bastoane pentru, conurile pot fi activate în contact cu ei doar câteva fotoni. Cu toate acestea, bastoane face față cu sarcina de a înregistra chiar și lumina slabă chiar mai bine.

Unii oameni castiga abilitatea de a vedea radiații ultraviolete, după o intervenție chirurgicală la ochi

Experimentele arată că, pentru prima dată realizată în anii 1940. un cuantum de lumină este suficientă pentru a se asigura că ochii noștri văd. „Un om este capabil de a vedea un singur foton, - a declarat Brian Wandell, profesor de psihologie si inginerie electrica la Universitatea Stanford. - Sensibilitatea mai mare a retinei face pur și simplu nu are sens.“

In 1941, cercetatorii de la Universitatea Columbia a efectuat un experiment - testul lichidată într-o cameră întunecată și să dea ochii lor o anumită perioadă de timp pentru a se adapta. Pentru a atinge sensibilitatea completă a tijelor durează câteva minute; de aceea, atunci când ne stingem lumina in camera, apoi la un moment dat pierde capacitatea de a vedea nimic.

Apoi, persoana de testare a trimis o lumină albastră și verde intermitent. Cu o probabilitate de mai mari decât în ​​mod normal subiecții de accidente au fost înregistrate flash de lumină atunci când a lovit pe retina de 54 de fotoni.

Nu toate fotonii care ajung la nivelul retinei, celulele sensibile la lumina sunt înregistrate. În acest sens, oamenii de știință au ajuns la concluzia ca doar cinci fotoni, activarea cinci tije diferite, în retină, este suficient ca persoana a văzut un flash.

Cele mai mici și cele mai îndepărtate obiecte vizibile

Următorul fapt s-ar putea surprinde: capacitatea noastră de a vedea un obiect care nu depinde de dimensiunea sa fizică sau de a elimina, dar dacă obține cel puțin câteva fotonii emiși de ele pe retina.

„Singurul lucru pe care ai nevoie de ochi pentru a vedea ceva - este o anumită cantitate a luminii emise sau reflectate pe subiectul său, - spune Landy -. Totul se reduce la numărul de fotoni care ajung la nivelul retinei indiferent cât de mică sau de sursa de lumină, chiar dacă este. ultima pentru o fracțiune de secundă, suntem încă în măsură să-l vedea dacă acesta emite suficient de fotoni. "

Ochiul unui număr relativ mic de fotoni pentru a vedea lumina

Aprobarea manualelor comune privind psihologia că, în întuneric fără nori flacără noapte lumânare poate fi văzută de la o distanță de până la 48 km. În realitate, retinele noastre sunt în mod constant bombardati cu fotoni, astfel încât un singur cuantum de lumina este emisă de la o distanță, doar se pierde pe fundal lor.

Pentru a ne imagina cât de departe suntem capabili de a vedea, uita-te la cerul de noapte, ornat cu stele. Dimensiunile stelelor sunt enorme; mulți dintre cei care le-am văzut cu ochiul liber, ajunge la milioane de kilometri în diametru.

Cu toate acestea, chiar și cele mai apropiate de noi stele, situat la o distanță de mai mult de 38 de miliarde de kilometri de Pământ, astfel încât dimensiunea lor aparentă este atât de mică, încât ochiul nostru nu le poate distinge.

Pe de altă parte, vedeți în continuare stele ca surse punctiforme de lumină strălucitoare, așa cum au emis fotoni depăși distanțele enorme care ne despărțea și de a lua pe retina.

acuitatea vizuală scade odată cu creșterea distanței la obiect

Toate stelele individuale vizibile pe cerul de noapte sunt în galaxia noastră - Calea Lactee. Cea mai îndepărtată de noi obiectul care este capabil de a vedea cu ochiul liber, se află în afara Calea Lactee în sine este un roi de stele - este galaxia Andromeda, la o distanță de 2,5 milioane de ani lumină, sau 37 quintillion kilometri de la soare. (Unii oameni spun că o noapte deosebit de întunecat vederii dornici de a le permite să vadă Galaxy Triangle, situat la o distanță de aproximativ 3 milioane de ani lumină depărtare, dar lasa aceasta declaratie va rămâne pe conștiința lor.)

Galaxia Andromeda are un trilion de stele. Datorită depărtării acestor corpuri de iluminat pentru a ne contopi într-un fir de lumină subtilă. Dimensiunile galaxiei Andromeda sunt enorme. Chiar și la această distanță gigant dimensiunea unghiulară de șase ori diametrul lunii pline. Cu toate acestea, înainte de a plutit în derivă atât de puțini fotoni din galaxie că este abia distinge pe cerul nopții.

Limita de acuității vizuale

De ce nu suntem capabili de a face din stele individuale din Andromeda? Faptul că rezoluția sau claritatea de vedere are limitele sale. (Sub acuitatea vizuală se înțelege capacitatea de a distinge elemente, cum ar fi un punct sau o linie, ca entități separate, care nu fuzionează cu obiecte învecinate sau fundal.)

De fapt, acuitatea vizuală poate fi descrisă precum și rezoluția unui monitor de calculator - cantitatea minimă de pixeli pe care suntem încă în măsură să distingă ca puncte separate.

obiecte destul de luminos poate fi văzută la o distanță de mai mulți ani lumină

Limitările vizuale depind de mai mulți factori - cum ar fi distanța dintre conuri individuale și retinei tije ochi. Nu mai puțin important rol este jucat de caracteristicile optice ale globului ocular, din cauza care nu fiecare foton lovește celulele sensibile la lumina.

În teorie, studiile arată că claritatea capacității noastre limitate de a discrimina între aproximativ 120 de pixeli pe grad unghiular (unitate de măsură unghiulară).

Ilustrați limitele practice ale acuității vederii umane poate fi localizată la lungimea brațului din zona obiectului unghiei, cu depozitate pe acestea 60 orizontale și 60 linii verticale sunt alternativ culorile negru și alb, formând o similitudine tablă de șah. „Aparent, aceasta este imaginea de mici pe care sunt încă în măsură să distingă ochiul uman“, - a spus Landy.

Pe baza acestui principiu al tabelului. oculists utilizate pentru testarea acuității vizuale. Cel mai faimos din tabelul România Sivtseva este o serie de litere majuscule negre pe un fond alb, dimensiunea fontului cu care fiecare rând este tot mai mica.

Claritatea de vedere al unui om este determinată de modul în care dimensiunea fontului încetează de a vedea în mod clar conturul literelor și începe să se confunde.

Tabelele cu litere negre sunt folosite pentru a testa acuității vizuale pe un fundal alb

Aceasta este limita de acuității vizuale din cauza faptului că nu putem vedea cu ochiul liber celula biologica, dimensiunile care sunt doar câțiva micrometri.

Dar nu te întrista despre asta. Capacitatea de a discerne milioane de culori pentru a captura fotoni unice și a vedea galaxie la o distanță de câțiva kilometri quintillion - un rezultat foarte bun, având în vedere că viziunea noastră este asigurată de o pereche de bile jeleu în orbite conectate la polutorakilogrammovoy masa poroasă în craniu.