• 6 Октября, 2018
• Офтальмология
• Тимошенко Михаил

Лишь единицы обращают внимание на то, какими уникальными механизмами чувств нас одарила природа. Особенно удивительным является зрение, которое позволяет ориентироваться в пространстве, различать цвета, реагировать на движение. В нашем материале рассмотрим самые интересные факты о глазах, поговорим о строении органа.

Строение

Как устроены наши глаза? Зрительный орган имеет неправильную шаровидную форму. Диаметр глазного яблока составляет порядка 2,5 сантиметра. Сюда поступают лучи света, отражающиеся от предметов. За восприятие световых волн отвечает сетчатка, которая расположена на задней стенке органа. Аппарат сформирован целым рядом слоев клеток, чувствительных к воздействию света. Информация передается по зрительному нерву к соответствующему отделу мозга.

Сетчатка занимает самую незначительную площадь. Чтобы свет фокусировался на небольшом участке тканей, должно произойти преломление лучей. За выполнение функции отвечает хрусталик, имеющий вид своеобразной линзы, равнозначно выпуклой по обеим сторонам.

Часть зрительного органа расположена ближе к фронтальной области глазного яблока. Хрусталик обладает способностью к изменению кривизны. Изгиб увеличивается, если требуется распознавание приближенных объектов.

Когда необходимо настроиться на четкое видение отдаленных предметов, хрусталик уплощается.

Преломление световых лучей положено также на стекловидное тело, состоящее из желеобразной массы. Часть органа не только обеспечивает перенаправление света на сетчатку. Благодаря аппарату поддерживается стабильная форма глазного яблока. Ткани стекловидного тела не позволяют тканям органа сжиматься под воздействием внешних факторов.

Свет поступает в глаз человека через зрачок. Размер последнего способен изменяться. Наблюдается подобное, если человек оказывается в темном помещении либо, наоборот, выходит на свет.

Увеличение площади зрачка дает возможность лучше захватывать лучи. Механизм отвечает за регуляцию количества проникающего света.

Под зрачком находится радужная оболочка – скопление пигментных клеток, которые позволяют различать цвет.

Карий – самый распространенный цвет глаз

На планете больше всего людей с карими глазами. Примечательно, что оттенок преобладает у новорожденных детей во всех частях земного шара. Об этом заботится сама природа. Глаза карего цвета содержат обилие пигмента меланина, который защищает зрительный орган от ослепляющих солнечных лучей. Благодаря механизму ткани глаз меньше подвергаются разрушительным воздействиям.

Веки всегда смыкаются во время чиханья

Почему вы не можете чихнуть с открытыми глазами? Во время рефлекторного процесса раздражается тройничный нерв. Последний принимает участие в регуляции работы зрительного органа. В спокойном состоянии тройничный нерв позволяет глазам оставаться открытыми. Чихание вызывает его возбуждение. Веки машинально прикрываются. Функция позволяет избежать разрыва кровеносных сосудов и вылета глаз из орбит в результате повышения внутреннего давления во время чихания. Механизм выступает естественной защитой организма.

Глаза закрываются при поцелуе

Продолжим рассматривать интересные факты о глазах. Согласно наблюдениям, веки часто прикрываются в ходе поцелуя. Ученые объясняют явление довольно просто. Действие вызывает переизбыток чувств. Возникает эмоциональное перенапряжение. На мозг оказывается высокая сенсорная нагрузка. Закрывая глаза во время поцелуя, люди инстинктивно устраняют избыточные нагрузки на нервную систему.

О самом редком цвете глаз

Какой самый редкий цвет глаз в мире? Ученые установили, что наименее распространенным выступает зеленый оттенок радужной оболочки. «Изумрудные» глаза встречаются всего среди 2% населения планеты. Существует вполне рациональное объяснение явлению. Ученые связывают феномен с человеческими предрассудками. В эпоху Средневековья активно действовала церковная инквизиция. Зеленоглазых женщин часто отправляли на костер по подозрению в колдовстве. Именно так уничтожались люди с красивейшим оттенком глаз.

Голубоглазых людей можно условно считать родственниками

Интересным фактом о глазах является то, что голубой оттенок радужной оболочки сформировался у людей примерно 10 тысяч лет тому назад. Ранее человечество оставалось кареглазым.

Произошло подобное в результате случайной генной мутации. Изменение вызвало снижение концентрации пигмента меланина в структуре зрительного органа.

Радужная оболочка у родственных людей, которые выступали носителями гена, стала приобретать голубоватый оттенок.

Человек видит мир «перевернутым»

Удивительно, но на сетчатке зрительного органа изначально формируется перевернутая картинка окружающих объектов. Механизм реализован в фотоаппаратах. Уменьшенное изображение образуется на сетчатке глаза. Позже происходит обработка информации головным мозгом. Выполняется коррекция данных, что позволяет человеку нормально ориентироваться в пространстве.

Как показывают результаты исследований, глаза новорожденных воспринимают картинку окружения в перевернутом виде примерно в течение двух недель. Со временем мозг адаптируется к новым условиям и формирует правильное изображение.

Существует довольно интересный эксперимент. Ученые из Калифорнийского университета предложили добровольцам носить очки, которые переворачивают картинку вверх ногами. На протяжении первых суток участники теста страдали от полнейшей дезориентации. Однако через пару недель мозг приспособился к непривычным условиям. Сформировались новые зрительные координации.

Владельцы необычных очков стали без лишних проблем ориентироваться в пространстве. Когда наступило время снять приспособление, участники эксперимента испытали немалые трудности. Позже все вновь пришло в норму. Исследование лишний раз подтверждает способность зрительного органа и головного мозга проявлять гибкость в зависимости от изменяющегося окружения.

Сколько цветов различает человеческий глаз?

В теории каждый индивид способен распознавать порядка десятка миллионов оттенков. Однако в реальности подобное наблюдается редко, причем среди людей творческих профессий. Речь идет о дизайнерах, фотографах, художниках, представителях других сфер деятельности, чья повседневная работа связана с цветом.

В некоторых случаях возникает нарушение восприятия оттенков. Например, дальтоники не различают зеленого и красного. Таких людей в клинической практике называют дихроматами. Интересным фактом о глазах является то, что аналогичный тип зрения характерен для большинства животных, которые относятся к категории млекопитающих.

Глаза могут быть разного цвета

Явление известно под определением гетерохромия. Радужные оболочки глаз человека имеют разный цвет. Феномен носит врожденный и приобретенный характер. Аномалия бывает частичная. В данном случае нетипичный оттенок получает лишь определенная зона зрачка.

Своеобразный дефект выступает обыкновенной мутацией. Отклонение не скрывает опасности для здоровья. Зрение остается нормальным. Человек не ощущает никаких проблем с восприятием окружающего мира.

Осложнения наблюдаются лишь в случае травматической причины развития гетерохромии.

Механическое повреждение сетчатки, которое сопровождается изменением оттенка радужной оболочки, может вызывать нарушения работы нервной системы.

Разноцветные глаза встречаются среди целого ряда знаменитостей. Например, гетерохромия отмечается у актрис Милы Йовович, Кейт Босуорт, Клаудии Шиффер, Деми Мур, Милы Кунис. Среди известных мужчин носителями генетической мутации выступают Генри Кавилл и Джош Хендерсон.

Поедание моркови не улучшает зрение

Каждый из нас в детстве неоднократно слышал от родителей, что употребление моркови благотворно сказывается на состоянии зрения. Несомненно, витамины группы А, обилие которых содержит овощ, приносят пользу здоровью. Однако ученым не удалось найти прямой связи между остротой зрения и пристрастием к поеданию моркови.

Считается, что миф сформировался в ходе Второй мировой войны. Британские инженеры изобрели новый радар, который давал возможность летчикам раньше замечать вражеские самолеты на приборной панели.

Желая скрыть от неприятеля факт существования технологии, военное руководство распространило в средствах массовой информации публикации, где говорилось, что выдающиеся успехи боевых пилотов обусловлены введением в армии особой морковной диеты.

Что такое на самом деле цветное зрение

Человеческий глаз — самая совершенная оптическая система, придуманная природой. Сетчатка глаза содержит примерно 125 миллионов светочувствительных клеток. Они обрабатывают световые частицы, поступающие на них, а мозг, получая эту информацию, трансформирует ее в разнообразие форм и цветов. А сколько цветов способен различить человек?

Теоретически человеческий глаз способен различать до 10 миллионов цветов. Но реально он отличает всего порядка 100 оттенков, а те, чья профессия связана с цветом, — художники, дизайнеры — около 150. В сетчатке глаза содержится два типа светочувствительных клеток: колбочки и палочки.

Первые отвечают за восприятие цветов (дневное зрение), а вторые дают возможность видеть оттенки серого цвета при слабом освещении (ночное зрение). В свою очередь, колбочки бывают трех типов, и лучше всего мы различаем синий, зеленый и красный участки спектра. Такое зрение называется трихроматическим.

Но у некоторых людей встречается нарушение цветовосприятия, чаще всего красного и зеленого (дальтонизм). Их называют дихроматами. Дихроматическое зрение присуще также большинству млекопитающих.

Но возможности наших глаз не бесконечны. Колбочки способны фиксировать лишь те световые фотоны, длина волн которых лежит в диапазоне от 370 до 710 нанометров) — это называется спектр видимого излучения.

Ниже него находится инфракрасное излучение и радиоспектр, а выше — ультрафиолетовый, еще выше — рентгеновский и затем спектр гамма-излучения. Все, что лежит за границами видимого спектра, наш глаз уже не воспринимает.

Хотя встречаются люди с афакией (отсутствием хрусталика), способные видеть УФ-волны.

На самом деле все разнообразие цветов — это лишь способность синих, зеленых и красных объектов отражать свет с различной длиной волны, а в цвета их трансформирует наш мозг, получая сигнал от зрительных рецепторов. У зеленого цвета длина волны 530 нанометров, у красного 560, а у синего — 420.

Интересные факты о зрении:

• Чемпионы по цветному зрению — птицы, рептилии и рыбы. В их сетчатке обнаружено четыре типа колбочек, и большинство из этих животных — тетрахроматы, способные отличать миллионы оттенков. Птицы видят еще и ультрафиолетовый цвет.
• Человеческий глаз в реале видит изображение перевёрнутым, а переворачивает его наш мозг.
• Глаза — самые активные мышцы человеческого организма.
• Самый распространенный цвет глаз на нашей планете — карий, самый редкий — зелёный. И все карие глаза на самом деле голубые, скрытые коричневым пигментом.
• Наши глаза способны отличить до 500 оттенков серого цвета.

Оставьте ваш комментарий:

Сколько цветов видит человек

6 августа 2014

Автор КакПросто!

Человеческий глаз – один из сложнейших органов человека, он обладает удивительной способностью адаптации к меняющимся условиям окружающей среды и может различать большое количество цветов. По сути, это одно из самых совершенных оптических систем.

Содержание статьи

Глаз человека содержит две категории цветовосприимчивых рецепторов: первые ответственны за ночное зрение (помогают человеку различать цвета в сумерках), вторые – за цветное. Сетчатка человеческого глаза содержит три вида колбочек, которые позволяют различать цвета и оттенки. Обладая высокой чувствительностью, они отвечают за то, какие цвета видит человек. При этом максимальная чувствительность приходится на синий, зеленый и красный участки спектра. Именно поэтому эти цвета человек распознает лучше всего. Необходимо отметить, что диапазон спектральной чувствительности всех трех колбочек пересекается, поэтому при воздействии очень сильного светового излучения, человеческий глаз воспринимает это как слепяще-белый цвет. Благодаря светочувствительным рецепторам и колбочкам, человек способен различать не только 7 цветов радуги, а гораздо большее количество цветов и их оттенков.

С давних времен ученые определяли количество распознаваемых человеком цветов и оттенков по-разному. Сейчас они сходятся во мнении, что существует около 150000 цветовых тонов и оттенков. При этом человеческий глаз в обычных условиях может различать порядка 100 оттенков по цветовому фону. Способность распознавать большее количество цветов можно натренировать. Художники, декораторы, дизайнеры и люди схожих профессий могут различать около 150 цветов по цветовым тонам, порядка 25 по насыщенности и до 64 по уровню света.

Приведенные цифры могут меняться в зависимости от степени натренированности человека, его физиологического состояния, а также условий освещенности. Например, при определенных условиях человек может различить порядка 500 оттенков серого цвета.

В эпоху цифровых фотоаппаратов и камер интересным будет сопоставление светочувствительных рецепторов сетчатки глаза человека с мегапикселями фотокамер. Переведя цветовосприимчивость глаза человека на язык цифровых камер, можно сказать, что в каждом глазу будет примерно по 120-140 мегапикселей.

У современных фотокамер среднее количество пикселей на порядок меньше, следовательно и плотность пикселей на миллиметр будет ниже.

Именно поэтому угловое разрешение у глаза будет в несколько раз выше, чем у камеры с фокусным расстоянием объектива 23 мм (именно таким фокусным расстоянием обладает хрусталик глаза).

Статьи медицинского характера на Сайте предоставляются исключительно в качестве справочных материалов и не считаются достаточной консультацией, диагностикой или назначенным врачом методом лечения. Контент Сайта не заменяет профессиональную медицинскую консультацию, осмотр врача, диагностику или лечение.

Информация на Сайте не предназначена для самостоятельной постановки диагноза, назначения медикаментозного или иного лечения. При любых обстоятельствах Администрация или авторы указанных материалов не несут ответственности за любые убытки, возникшие у Пользователей в результате использования таких материалов.

Каковы пределы человеческого зрения?

От наблюдения далеких галактик за световые годы от нас до восприятия невидимых цветов, Адам Хэдхейзи на BBC объясняет, почему ваши глаза могут делать невероятные вещи. Взгляните вокруг.

Что вы видите? Все эти цвета, стены, окна, все кажется очевидным, как будто так и должно быть здесь.

Мысль о том, что мы все это видим благодаря частицам света — фотонам — которые отскакивают от этих объектов и попадают нам в глаза, кажется невероятной.

Эта фотонная бомбардировка всасывается примерно 126 миллионами светочувствительных клеток. Различные направления и энергии фотонов транслируются в наш мозг в разных формах, цветах, яркости, наполняя образами наш многоцветный мир.

Наше замечательное зрение, очевидно, обладает рядом ограничений. Мы не можем видеть радиоволны, исходящие от наших электронных устройств, не можем разглядеть бактерий под носом.

Но с достижениями физики и биологии мы можем определить фундаментальные ограничения естественного зрения.

«Все, что вы можете различить, имеет порог, самый низкий уровень, выше и ниже которого вы видеть не можете», — говорит Майкл Лэнди, профессор неврологии Нью-Йоркского университета.

Начнем рассматривать эти визуальные пороги сквозь призму — простите за каламбур — что многие ассоциируют со зрением в первую очередь: цвет.

Почему мы видим фиолетовый, а не коричневый, зависит от энергии, или длины волн, фотонов, падающих на сетчатку глаза, расположенную в задней части наших глазных яблок. Там находится два типа фоторецепторов, палочки и колбочки.

Колбочки отвечают за цвет, а палочки позволяют нам видеть оттенки серого в условиях низкой освещенности, например, ночью. Опсины, или пигментные молекулы, в клетках сетчатки поглощают электромагнитную энергию падающих фотонов, генерируя электрический импульс.

Этот сигнал идет через зрительный нерв к мозгу, где и рождается сознательное восприятие цветов и изображений.

У нас есть три типа колбочек и соответствующих опсинов, каждый из которых чувствителен к фотонам определенной длины волны. Эти колбочки обозначаются буквами S, M и L (короткие, средние и длинные волны соответственно).

Короткие волны мы воспринимаем синими, длинные — красными. Длины волн между ними и их комбинации превращаются в полную радугу.

«Весь свет, который мы видим, кроме созданного искусственно с помощью призм или хитроумных устройств вроде лазеров, представляет собой смесь разных длин волн, — говорит Лэнди».

Из всех возможных длин волн фотона наши колбочки обнаруживают небольшую полосу от 380 до 720 нанометров — то, что мы называем видимым спектром. За пределами нашего спектра восприятия есть инфракрасный и радиоспектр, у последнего диапазон волн составляет от миллиметра до километра длиной.

Над нашим видимым спектром, на более высоких энергиях и коротких длинах волн, мы находим ультрафиолетовый спектр, потом рентгеновские лучи и на вершине — гамма-лучевой спектр, длины волн которого достигают одной триллионной метра.

Хотя большинство из нас ограничены видимым спектром, люди с афакией (отсутствием хрусталика) могут видеть в ультрафиолетовом спектре.

Афакия, как правило, создается вследствие оперативного удаления катаракты или врожденных дефектов.

Обычно хрусталик блокирует ультрафиолетовый свет, поэтому без него люди могут видеть за пределами видимого спектра и воспринимать длины волн до 300 нанометров в голубоватом оттенке.

Исследование 2014 года показало, что, условно говоря, все мы можем видеть инфракрасные фотоны. Если два инфракрасных фотона случайно попадают в клетку сетчатки почти одновременно, их энергия объединяется, конвертируя их длину волны из невидимой (например, 1000 нанометров) в видимую 500-нанометровую (холодный зеленый цвет для большинства глаз).

Сколько цветов мы можем видеть?

Здоровый человеческий глаз имеет три типа колбочек, каждый из которых может различать порядка 100 разных цветовых оттенков, поэтому большинство исследователей сходятся во мнении, что наши глаза в общем могут различить примерно миллион оттенков. Тем не менее восприятие цвета — это довольно субъективная способность, которая варьируется от человека к человеку, поэтому определить точные цифры довольно сложно.

«Довольно трудно переложить это на цифры, — говорит Кимберли Джеймисон, научный сотрудник Калифорнийского университета в Ирвине. — То, что видит один человек, может быть лишь частью цветов, которые видит другой человек».

Джеймисон знает, о чем говорит, поскольку работает с «тетрахроматами» — людьми, обладающими «сверхчеловеческим» зрением. Эти редкие индивиды, в основном женщины, обладают генетической мутацией, которая подарила им дополнительные четвертые колбочки. Грубо говоря, благодаря четвертому набору колбочек, тетрахроматы могут разглядеть 100 миллионов цветов. (Люди с цветовой слепотой, дихроматы, имеют только два вида колбочек и видят примерно 10 000 цветов).

Сколько минимум фотонов нам нужно видеть?

Для того чтобы цветное зрение работало, колбочкам, как правило, нужно намного больше света, чем их коллегам-палочкам. Поэтому в условиях низкой освещенности цвет «гаснет», поскольку на передний план выходят монохроматические палочки.

В идеальных лабораторных условиях и в местах сетчатки, где палочки по большей части отсутствуют, колбочки могут быть активированы лишь горсткой фотонов. И все же палочки лучше справляются в условиях рассеянного света.

Как показали эксперименты 40-х годов, одного кванта света достаточно, чтобы привлечь наше внимание. «Люди могут реагировать на один фотон, — говорит Брайан Уонделл, профессор психологии и электротехники в Стэнфорде.

— Нет никакого смысла в еще большей чувствительности».

В 1941 году исследователи Колумбийского университета усадили людей в темную комнату и дали их глазам приспособиться. Палочкам потребовалось несколько минут, чтобы достичь полной чувствительности — вот почему у нас возникают проблемы со зрением, когда внезапно гаснет свет.

Затем ученые зажгли сине-зеленый свет перед лицами испытуемых. На уровне, превышающем статистическую случайность, участники смогли зафиксировать свет, когда первые 54 фотона достигли их глаз.

После компенсации потери фотонов через всасывание другими компонентами глаза, ученые обнаружили, что уже пять фотонов активируют пять отдельных палочек, которые дают ощущение света участникам.

Каков предел самого мелкого и дальнего, что мы можем увидеть?

Этот факт может вас удивить: нет никакого внутреннего ограничения мельчайшей или самой далекой вещи, которую мы можем увидеть. Пока объекты любого размера, на любом расстоянии передают фотоны клеткам сетчатки, мы можем их видеть.

«Все, что волнует глаз, это количество света, которое попадает на глаз, — говорит Лэнди. — Общее число фотонов. Вы можете сделать источник света до смешного малым и удаленным, но если он излучает мощные фотоны, вы его увидите».

К примеру, расхожее мнение гласит, что темной ясной ночью мы можем разглядеть огонек свечи с расстояния 48 километров.

На практике, конечно, наши глаза будут просто купаться в фотонах, поэтому блуждающие кванты света с больших расстояний просто потеряются в этой мешанине.

«Когда вы увеличиваете интенсивность фона, количество света, которое вам необходимо, чтобы что-то разглядеть, увеличивается», — говорит Лэнди.

Ночное небо с темным фоном, усеянным звездами, являет собой поразительный пример дальности нашего зрения. Звезды огромны; многие из тех, что мы видим в ночном небе, составляют миллионы километров в диаметре. Но даже ближайшие звезды находятся минимум в 24 триллионах километров от нас, а потому настолько малы для нашего глаза, что их не разберешь. И все же мы их видим как мощные излучающие точки света, поскольку фотоны пересекают космические расстояния и попадают в наши глаза.

Все отдельные звезды, которые мы видим в ночном небе, находятся в нашей галактике — Млечный Путь.

Самый далекий объект, который мы можем разглядеть невооруженным глазом, находится за пределами нашей галактики: это галактика Андромеды, расположенная в 2,5 миллионах световых лет от нас.

(Хотя это спорно, некоторые индивиды заявляют, что могут разглядеть галактику Треугольника в чрезвычайно темном ночном небе, а она находится в трех миллионах световых лет от нас, только придется поверить им на слово).

Триллион звезд в галактике Андромеды, учитывая расстояние до нее, расплываются в смутный светящийся клочок неба. И все же ее размеры колоссальны. С точки зрения видимого размера, даже будучи в квинтиллионах километрах от нас, эта галактика в шесть раз шире полной Луны. Однако наших глаз достигает так мало фотонов, что этот небесный монстр почти незаметен.

Насколько острым может быть зрение?

Почему мы не различаем отдельных звезд в галактике Андромеды? Пределы нашего визуального разрешения, или остроты зрения, накладывают свои ограничения. Острота зрения — это возможность различать такие детали, как точки или линии, отдельно друг от друга, чтобы те не сливались воедино. Таким образом, можно считать пределы зрения числом «точек», которые мы можем различить.

Границы остроты зрения устанавливают несколько факторов, например, расстояния между колбочками и палочками, упакованными в сетчатке. Также важна оптика самого глазного яблока, которое, как мы уже говорили, предотвращает проникновение всех возможных фотонов к светочувствительным клеткам.

Теоретически, как показали исследования, лучшее, что мы можем разглядеть, это примерно 120 пикселей на градус дуги, единицу углового измерения. Можете представить это как черно-белую шахматную доску 60 на 60 клеток, которая умещается на ногте вытянутой руки. «Это самый четкий паттерн, который вы можете разглядеть», — говорит Лэнди.

Проверка зрения, вроде таблицы с мелкими буквами, руководствуется теми же принципами. Эти же пределы остроты объясняют, почему мы не может различить и сосредоточиться на одной тусклой биологической клетке шириной в несколько микрометров.

Но не списывайте себя со счетов. Миллион цветов, одиночные фотоны, галактические миры за квантиллионы километров от нас — не так уж и плохо для пузырька желе в наших глазницах, подключенных к 1,4-килограммовой губке в наших черепах.

Каковы пределы человеческого зрения? — BBC News Русская служба

Корреспондент BBC Future рассказывает об удивительных свойствах нашего зрения — от способности видеть далекие галактики до возможности улавливать невидимые, казалось бы, световые волны.

Окиньте взглядом комнату, в которой находитесь – что вы видите? Стены, окна, разноцветные предметы – все это кажется таким привычным и само собой разумеющимся. Легко забыть о том, что мы видим окружающий нас мир лишь благодаря фотонам — световым частицам, отражающимся от объектов и попадающим на сетчатку глаза.

В сетчатке каждого из наших глаз расположено примерно 126 млн светочувствительных клеток. Мозг расшифровывает получаемую от этих клеток информацию о направлении и энергии попадающих на них фотонов и превращает ее в разнообразие форм, цветов и интенсивности освещения окружающих предметов.

У человеческого зрения есть свои пределы. Так, мы не способны ни увидеть радиоволны, излучаемые электронными устройствами, ни разглядеть невооруженным глазом мельчайшие бактерии.

(Другие статьи сайта BBC Future на русском языке)

Благодаря прогрессу в области физики и биологии можно определить границы естественного зрения. «У любых видимых нами объектов есть определенный «порог», ниже которого мы перестаем их различать», — говорит Майкл Лэнди, профессор психологии и нейробиологии в Нью-Йоркском университете.

Сперва рассмотрим этот порог с точки зрения нашей способности различать цвета — пожалуй, самой первой способности, которая приходит на ум применительно к зрению.

Колбочки отвечают за цветовосприятие, а палочки помогают нам видеть оттенки серого цвета при низком освещении

Наша способность отличать, например, фиолетовый цвет от пурпурного связана с длиной волны фотонов, попадающих на сетчатку глаза. В сетчатке имеются два типа светочувствительных клеток — палочки и колбочки. Колбочки отвечают за цветовосприятие (так называемое дневное зрение), а палочки позволяют нам видеть оттенки серого цвета при низком освещении — например, ночью (ночное зрение).

Содержащиеся в светочувствительных клетках рецепторы — опсины — поглощают электромагнитную энергию фотонов и производят электрические импульсы. Эти сигналы по оптическому нерву попадают в мозг, который и создает цветную картину происходящего вокруг нас.

В человеческом глазе есть три вида колбочек и соответствующее им число типов опсинов, каждый из которых отличается особой чувствительностью к фотонам с определенным диапазоном длин световых волн.

Колбочки S-типа чувствительны к фиолетово-синей, коротковолновой части видимого спектра; колбочки M-типа отвечают за зелено-желтую (средневолновую), а колбочки L-типа — за желто-красную (длинноволновую).

Все эти волны, а также их комбинации, позволяют нам видеть полный диапазон цветов радуги. «Все источники видимого человеком света, за исключением ряда искусственных (таких, как преломляющая призма или лазер), излучают смесь волн различной длины», — говорит Лэнди.

Не весь спектр полезен для наших глаз…

Из всех существующих в природе фотонов наши колбочки способны фиксировать лишь те, которые характеризуются длиной волн в весьма узком диапазоне (как правило, от 380 до 720 нанометров) – это и называется спектром видимого излучения. Ниже этого диапазона находятся инфракрасный и радиоспектры – длина волн низкоэнергетических фотонов последнего варьируется от миллиметров до нескольких километров.

По другую сторону видимого диапазона волн расположен ультрафиолетовый спектр, за которым следует рентгеновский, а затем — спектр гамма-излучения с фотонами, длина волн которых не превышает триллионные доли метра.

Хотя зрение большинства из нас ограничено видимым спектром, люди с афакией — отсутствием в глазу хрусталика (в результате хирургической операции при катаракте или, реже, вследствие врожденного дефекта) — способны видеть ультрафиолетовые волны.

В здоровом глазе хрусталик блокирует волны ультрафиолетового диапазона, но при его отсутствии человек способен воспринимать волны длиной примерно до 300 нанометров как бело-голубой цвет.

В исследовании 2014 г. отмечается, что в каком-то смысле мы все можем видеть и инфракрасные фотоны.

Если два таких фотона практически одновременно попадут на одну и ту же клетку сетчатки, их энергия может суммироваться, превратив невидимые волны длиной, скажем, в 1000 нанометров в видимую волну длиной в 500 нанометров (большинство из нас воспринимает волны этой длины как холодный зеленый цвет).

В глазе здорового человека три типа колбочек, каждый из которых способен различать около 100 различных цветовых оттенков. По этой причине большинство исследователей оценивает количество различаемых нами цветов примерно в миллион. Однако восприятие цвета очень субъективно и индивидуально.

«Точно подсчитать, сколько мы видим цветов, не представляется возможным, — говорит Кимберли Джемесон, научный сотрудник Калифорнийского университета в Ирвайне. – Некоторые видят больше, некоторые — меньше».

Джемесон знает, о чем говорит. Она изучает зрение тетрахроматов – людей, обладающих поистине сверхчеловеческими способностями к различению цветов. Тетрахроматия встречается редко, в большинстве случаев у женщин.

В результате генетической мутации у них имеется дополнительный, четвертый вид колбочек, что позволяет им, по грубым подсчетам, видеть до 100 млн цветов.

(У людей, страдающих цветовой слепотой, или дихроматов, всего два типа колбочек — они различают не более 10 000 цветов.)

Как правило, колбочкам для оптимального функционирования требуется гораздо больше света, чем палочкам. По этой причине при низком освещении наша способность различать цвета падает, а за работу принимаются палочки, обеспечивающие черно-белое зрение.

В идеальных лабораторных условиях на тех участках сетчатки, где палочки по большей части отсутствуют, колбочки могут активироваться при попадании на них всего нескольких фотонов. Однако палочки справляются с задачей регистрации даже самого тусклого света еще лучше.

После операции на глазе некоторые люди приобретают способность видеть ультрафиолетовое излучение

Как показывают эксперименты, впервые проведенные в 1940-х гг., одного кванта света достаточно для того, чтобы наш глаз его увидел. «Человек способен увидеть один-единственный фотон, — говорит Брайан Уонделл, профессор психологии и электротехники в Стэнфордском университете. – В большей чувствительности сетчатки просто нет смысла».

В 1941 г. исследователи из Колумбийского университета провели эксперимент – испытуемых заводили в темную комнату и давали их глазам определенное время на адаптацию. Для достижения полной чувствительности палочкам требуется несколько минут; именно поэтому, когда мы выключаем в помещении свет, то на какое-то время теряем способность что-либо видеть.

Затем в лицо испытуемым направляли мигающий сине-зеленый свет. С вероятностью выше обычной случайности участники эксперимента регистрировали вспышку света при попадании на сетчатку всего 54 фотонов.

Не все фотоны, достигающие сетчатки, регистрируются светочувствительными клетками. Учитывая это обстоятельство, ученые пришли к выводу, что всего пяти фотонов, активирующих пять разных палочек в сетчатке, достаточно, чтобы человек увидел вспышку.

Следующий факт может вас удивить: наша способность увидеть объект зависит вовсе не от его физических размеров или удаления, а от того, попадут ли хотя бы несколько излучаемых им фотонов на нашу сетчатку.

«Единственное, что нужно глазу, чтобы что-то увидеть, — это определенное количество света, излученного или отраженного на него объектом, — говорит Лэнди. – Все сводится к числу достигших сетчатки фотонов. Каким бы миниатюрным ни был источник света, пусть даже он просуществует доли секунды, мы все равно способны его увидеть, если он излучает достаточное количество фотонов».

Глазу достаточно небольшого количества фотонов, чтобы увидеть свет

В учебниках по психологии часто встречается утверждение о том, что в безоблачную темную ночь пламя свечи можно заметить с расстояния до 48 км. В реальности же наша сетчатка постоянно бомбардируется фотонами, так что один-единственный квант света, излученный с большого расстояния, просто затеряется на их фоне.

Чтобы представить себе, насколько далеко мы способны видеть, взглянем на ночное небо, усеянное звездами. Размеры звезд огромны; многие из тех, что мы наблюдаем невооруженным взглядом, достигают миллионов км в диаметре.

Однако даже самые близкие к нам звезды расположены на расстоянии свыше 38 триллионов километров от Земли, поэтому их видимые размеры настолько малы, что наш глаз не способен их различить.

С другой стороны, мы все равно наблюдаем звезды в виде ярких точечных источников света, поскольку испускаемые ими фотоны преодолевают разделяющие нас гигантские расстояния и попадают на нашу сетчатку.

Острота зрения снижается по мере увеличения расстояния до объекта

Все отдельные видимые звезды на ночном небосклоне находятся в нашей галактике – Млечном Пути.

Самый удаленный от нас объект, который человек в состоянии разглядеть невооруженным глазом, расположен за пределами Млечного Пути и сам представляет собой звездное скопление – это Туманность Андромеды, находящаяся на расстоянии в 2,5 млн световых лет, или 37 квинтильонов км, от Солнца.

(Некоторые люди утверждают, что особо темными ночами острое зрение позволяет им увидеть Галактику Треугольника, расположенную на удалении около 3 млн световых лет, но пусть это утверждение останется на их совести.)

Туманность Андромеды насчитывает один триллион звезд. Из-за большой удаленности все эти светила сливаются для нас в едва различимое пятнышко света. При этом размеры Туманности Андромеды колоссальны.

Даже на таком гигантском расстоянии ее угловой размер в шесть раз превышает диаметр полной Луны. Однако до нас долетает настолько мало фотонов из этой галактики, что она едва различима на ночном небе.

Почему же мы не способны разглядеть отдельные звезды в Туманности Андромеды? Дело в том, что у разрешающей способности, или остроты, зрения есть свои ограничения. (Под остротой зрения подразумевается способность различать такие элементы, как точка или линия, как отдельные объекты, не сливающиеся с соседними объектами или с фоном.)

Фактически остроту зрения можно описывать так же, как и разрешение компьютерного монитора — в минимальном размере пикселей, которые мы еще способны различать как отдельные точки.

Достаточно яркие объекты можно разглядеть на расстоянии в несколько световых лет

Ограничения остроты зрения зависят от нескольких факторов — таких как расстояние между отдельными колбочками и палочками сетчатки глаза. Не менее важную роль играют и оптические характеристики самого глазного яблока, из-за которых далеко не каждый фотон попадает на светочувствительную клетку.

В теории, как показывают исследования, острота нашего зрения ограничивается способностью различать около 120 пикселей на угловой градус (единицу углового измерения).

Практической иллюстрацией пределов остроты человеческого зрения может являться расположенный на расстоянии вытянутой руки объект площадью с ноготь, с нанесенными на нем 60 горизонтальными и 60 вертикальными линиями попеременно белого и черного цветов, образующими подобие шахматной доски. «По всей видимости, это самый мелкий рисунок, который еще в состоянии различить человеческий глаз», — говорит Лэнди.

На этом принципе основаны таблицы, используемые окулистами для проверки остроты зрения. Наиболее известная в России таблица Сивцева представляет собой ряды черных заглавных букв на белом фоне, размер шрифта которых с каждым рядом становится все меньше.

Острота зрения человека определяется по тому, на каком размере шрифта он перестает четко видеть контуры букв и начинает их путать.

В таблицах для проверки остроты зрения используются черные буквы на белом фоне

Именно пределом остроты зрения объясняется тот факт, что мы не способны разглядеть невооруженным глазом биологическую клетку, размеры которой составляют всего несколько микрометров.

Но не стоит горевать по этому поводу. Способность различать миллион цветов, улавливать одиночные фотоны и видеть галактики на удалении в несколько квинтильонов километров – весьма неплохой результат, если учесть, что наше зрение обеспечивается парой желеобразных шариков в глазницах, соединенных с полуторакилограммовой пористой массой в черепной коробке.