Що ми відчуваємо? Частина II. Зір.

Близько 90% всієї інформації, яка сприймається за допомогою органів почуттів, людина отримує за допомогою зору. За кількістю створюваних образів йому немає рівних. Око людини - надзвичайно складна оптична система, що розрізняє більше 15-ти мільйонів відтінків кольорів. У цій статті ми спробуємо розібратися з тим, що ж ми бачимо щодня, і як у нас це виходить.

Світло. Що це таке і з чим його їдять? За поясненнями звернемося до фізики. Фізика, звичайно, може багато чого цікавого розповісти про світло, його природі та явища, які він створює. Наприклад, про інтерференції і дифракції, таких складних, на перший погляд, явища, але часто-густо зустрічаються в нашому повсякденному житті. Але обмежимося поки визначенням. Що ж таке світло з точки зору фізики?

Світло являє собою електромагнітні хвилі в певному діапазоні частот. У фізиці те, що ми називаємо "світлом", Називають "видимим світлом". До речі, інфрачервоне і ультрафіолетове випромінювання - це теж електромагнітні хвилі, але наше око просто не може їх "вловити", Оскільки обмежений у сприйнятті. Рентгенівське випромінювання, наприклад, взагалі вільно проходить через око, відбиваючись тільки від щільних частин тіла (таких як кістки і суглоби). Частота видимого світла (або краще сказати - світлової хвилі), у свою чергу, визначає колір того чи іншого об'єкта. Тому кількість частот, які може сприймати наше око - ті самі 15 мільйонів, як і кількість квітів.

Кожному кольору відповідає своя частота. Знайома багатьом приказка "Кожен Мисливець Бажає Знати, Де Сидить Фазан" вибудовує кольору в порядку збільшення частоти світлової хвилі, а саме: червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий - ті самі сім основних кольорів, або, як їх ще називають, сім кольорів веселки. Ці кольори в сукупності називаються спектром. І що дуже цікаво, якщо їх скласти (накласти один на одного), то вийде білий колір. Зворотний процес - розкладання білого світла на спектр - ви можете спостерігати за допомогою призми Ньютона або ж за допомогою компакт-диска.

Але чому листя на деревах зелені (а восени жовті і червоні), чому небо блакитне, чому Сонце на сході й заході червоне, а опівдні жовте? Насправді, впевнено відповісти на ці питання людина змогла тільки після появи квантової механіки і теорії відносності. У фізиці існує таке поняття як корпускулярно-хвильовий дуалізм, згідно з яким електромагнітне випромінювання (зокрема, світло), може бути представлене і як хвиля, і як потік частинок - фотонів. Це залежить від конкретної ситуації. Слід розуміти, що до того часу, коли світло "прилітає" в наше око, він може бути вже зовсім не таким, яким його випустив джерело. І все це позначається на ньому самим прямим чином, отже, позначається на тому, що ми бачимо.

Колір листя і будь-яких інших об'єктів визначається структурою речовини, з якої вони складаються. Будь-яка речовина поглинає і відображає певний відсоток від впав на нього світла. І ці відсотки (коефіцієнти поглинання і віддзеркалення), різні для різних кольорів. Наприклад, влітку листя рослин складаються з певних органічних сполук, що беруть участь в обміні речовин. Ці листи з усіх кольорів найкраще відображають зелений. Восени мінеральний склад листя змінюється, і вони краще відображають жовтий колір. Небо блакитне тому, що сонячне світло, увійшовши в атмосферу, розсіюється на її неоднородностях, дрібних частинках, прагнучи до певного розподілу інтенсивності світла, і відбувається це саме при блакитному кольорі. Це приклад дифракції. Сонячний промінь вранці і ввечері, коли сонце низько схилившись над горизонтом, проходить найбільша відстань в атмосфері. За час його подорожі всі кольори, що входять до складу цього променя, розсіюються, але червоне світло, маючи мінімальну частоту (максимальну довжину хвилі), є найбільш стійким до подібного роду подорожей. Саме він і доходить до нас. Опівдні сонячний промінь долає мінімальна відстань в атмосфері, тому колір сонця більш жовтий, більше схожий на справжній колір.

Тепер поговоримо про наших зорових органах - очах. Як людина бачить? Як всі ці хвилі, потрапляючи до нас в око, викликають у нас зорові відчуття?

Структура очі дуже складна. Але спрощено очей можна розглядати, як оптичну систему, подібну з відеокамерою. Світло потрапляє в зіницю (об'єктив), після чого кришталик, як збирає лінза, направляє світло на сітківку (матрицю фотокамери або плівку). Але кришталик відправляє на сітківку перевернуте зображення об'єкта. Тобто зображення, де дерева ростуть зверху вниз, і небо знаходиться внизу. Від роботи кришталика залежить гострота нашого зору. Кришталик розтягується і звужується в залежності від відстані до розглянутого предмета. Це забезпечують спеціальні м'язи, неправильна робота яких може призвести до розладів зору - короткозорості і далекозорості. У темряві зіниця розширюється, він поглинає більше світла, і, отже, видимість поліпшується. Можна поспостерігати за зміною розміру зіниці, стоячи перед дзеркалом і поперемінно включаючи і вимикаючи світло.

Сітківка складається з паличок і колбочок, які і реєструють зображення. Палички мають дуже велику чутливість і використовуються в темряві. Теоретично, вони можуть "зафіксувати" зображення від свічки, віддаленої на 200 км. Колбочки не так чутливі до світла, але саме вони розрізняють кольори. А саме - три кольори - червоний, зелений і синій. В сумі вони дають білий колір. Така ж схема побудови зображення використовується в телевізорах і моніторах. Та й більшість із нас, працюючи в якомусь графічному редакторі, помічали, що всі кольори там створюються з цих трьох. Наприклад, в стандартному Paint-е.

Далі по зорових нервах вся ця інформація надходить в зоровий відділ головного мозку, який знаходиться на потилиці. У мозку зображення ще раз перевертається, так що ми нічого не помічаємо. Були проведені експерименти, в яких людині надягали окуляри, які перевертають зображення. Він в них ходив, поки мозок не перевернув зображення ще раз. Потім людина зняв окуляри, і у нього знову все стало "догори дригом". Через деякий час його мозок знову відновлював правильне зображення.

Цікавий ще такий факт. Вчені підрахували, що 100 тисяч зорових клітин сітківки передають приблизно 875 тисяч біт інформації в секунду. Таким чином, всією поверхнею сітківки людина сприймає близько 10 Мбіт / с.

Бережіть ваш зір, у світі стільки всього цікавого. У людини не було б очей, якби вони йому не були потрібні! І їжте більше морквини!