Care sunt limitele vederii umane?

conținut

• Video: ce pot de fapt yoga? limita capacităților umane
• Cum vom vedea culoarea?
• Cât de mulți fotoni, cel puțin avem nevoie pentru a vedea?
• Care este limita de mici și de la distanță pe care le putem vedea?
• În ceea ce poate fi acută viziune?
• Video: space: cale în viteza spațială a luminii 1080-hd

Din observațiile de galaxii îndepărtate de ani lumină distanță de noi la percepția culorilor invizibile, Adam Hedheyzi pe BBC explică de ce ochii tăi pot face lucruri incredibile. Aruncati o privire în jur. Ce vezi? Toate aceste culori, pereți, ferestre, totul pare evident, ca și în cazul în care ar trebui să fie aici. Ideea pe care o putem vedea prin particulele de lumină - fotoni - care sări de pe obiecte și se încadrează în ochii noștri, pare incredibil.

Acest bombardament foton absorbit aproximativ 126 milioane de celule sensibile la lumină. Direcție diferită și energia fotonilor sunt transmise în creierul nostru în diferite forme, culori, luminozitate, pline cu imagini ale lumii noastre multicoloră.

Vederea remarcabilă are în mod evident, mai multe limitări. Nu putem vedea undele radio care provin de la dispozitivele noastre electronice, nu se poate vedea bacteriile sub nas. Dar, cu avansuri in fizica si biologie, putem determina limitele fundamentale ale naturale. „Tot ceea ce se poate face distincția între un prag, cel mai scăzut nivel de mai sus și mai jos, care nu se poate vedea“, - spune Michael Landy, un profesor de neurologie la Universitatea din New York.

Începe căutarea la pragurile vizuale în lumina - permiteți jocul de cuvinte - că mulți asociază cu viziunea prima: culoarea.

De ce vedem violet, nu maro, depinde de energia, sau lungimea de undă, fotoni incidentul pe retina situat la partea din spate a globii oculari noastre. Există două tipuri de fotoreceptori, tije si conuri. Conuri sunt responsabile de culoare si stick-uri ne permit să vedem nuanțele de gri în condiții de luminozitate scăzută, cum ar fi timp de noapte. Opsins, sau molecule de pigment in celulele retinei absorb energia electromagnetică a fotonilor incidente, generând un impuls electric. Acest semnal trece prin nervul optic la creier, unde se naște percepția conștientă de culori și imagini.

Avem trei tipuri de conuri și opsin corespunzătoare fiecărui sensibil la fotoni de o anumită lungime de undă. Aceste conuri sunt notate cu literele S, M și L (scurt, mediu și lungimi de undă lungi, respectiv). val scurt noi percepem albastru, lung - roșu. Lungimile de undă între ele și combinațiile lor sunt transformate într-un curcubeu complet. „Toată lumina pe care o vedem, în plus față de create în mod artificial, prin utilizarea prisme sau dispozitive inteligente, cum ar fi lasere, este un amestec de diferite lungimi de undă - a spus Landy.“

Dintre toate posibile conurile de fotoni cu lungime de undă poate descoperi banda noastră mică de 380 până la 720 nanometri - ceea ce noi numim spectrul vizibil. Dincolo de gama noastră de percepție este, spectrul în infraroșu și radio, acesta din urmă gama waveband de la milimetri la kilometri.

De-a lungul spectrului nostru vizibil la energii mai mari și lungimi de undă mai scurte, descoperim spectrul ultraviolet, apoi razele X, și pe partea de sus - un spectru de raze gamma, în cazul în care lungimea de undă ajunge la o miime de miliardime de un metru.

In timp ce majoritatea dintre noi sunt limitate la spectrul vizibil, persoanele cu afakie (absența cristalinului) sunt vizibile în spectrul ultraviolet. Afakie create de obicei ca urmare a indepartarea chirurgicala a cataractei sau defecte congenitale. De obicei, blocurile de lentile de lumina UV, astfel încât fără ea, oamenii pot vedea dincolo de spectrul vizibil și de a percepe lungimi de undă de până la 300 nm într-o nuanță albastră.

Un studiu din 2014 a arătat că, relativ vorbind, putem vedea toate fotonii infraroșu. Dacă doi foton infraroșii cad accidental în celulele retinei aproape simultan, energia lor combinată, transformând-o dintr-o lungime de undă invizibilă (de exemplu, 1000 nm), în vizibil 500 nanometri (verde rece pentru majoritatea ochiului).

Cum vom vedea culoarea?

Un ochi uman sănătos are trei tipuri de conuri, fiecare dintre care se pot distinge aproximativ 100 de culori diferite, astfel încât cei mai mulți cercetători sunt de acord că ochii noștri pot face distincția, în general, aproximativ un milion de nuanțe. Cu toate acestea, percepția culorilor - o capacitate destul de subiectivă, care variază de la o persoană la alta, prin urmare, să se determine cifrele exacte este dificil.

„Este destul de dificil să-l transfere la numerele, - spune Kimberly Jamieson, un cercetator de la Universitatea din California din Irvine. - Ce o persoană vede, ea poate fi doar o parte din culorile văzute de alte persoane ".

Jamison știe despre ce vorbește despre, pentru că acesta funcționează cu „tetrachromacy“ - oameni care au „supraomenească“ viziune. Aceste persoane rare, în majoritate femei, au o mutatie genetica care le-a dat o conuri suplimentare patra. Aproximativ vorbind, din cauza unui al patrulea set de conuri, tetrachromacy pot vedea 100 de milioane de culori. (Persoanele cu orbire de culoare, bicromați, au doar două tipuri de conuri și pot vedea aproximativ 10 000 de culori).

Cât de mulți fotoni, cel puțin avem nevoie pentru a vedea?

Pentru a vederii de culoare a lucrat, conuri au tendința de a avea nevoie de mult mai multă lumină decât colegii lor bastoane. Prin urmare, în culoarea de lumină scăzută este „stins“ ca prim-plan coli monocromatice.

În condiții ideale de laborator și în zone ale retinei în cazul în care stick-uri sunt în mare parte absente, conuri pot fi activate doar de o mână de fotoni. Cu toate acestea, se lipeste mai bine de locuri de muncă în ceea ce privește lumina difuză. Experimentele au arătat că 40-e, o cuantă de lumină este suficient pentru a obține atenția noastră. „Oamenii pot răspunde la un singur foton, - a declarat Brian Wandell, profesor de psihologie si inginerie electrica la Stanford. - Nu e nici un punct în sensibilitate și mai mare ".

In 1941, cercetatorii de la Universitatea Columbia așezat oameni într-o cameră întunecată și-a dat ochii lor se adapteze. Se lipește a durat câteva minute pentru a ajunge la sensibilitatea completă - de aceea avem probleme cu viziune, când, brusc, se stinge lumina.

Cercetatorii apoi aprins lumina verde-albastru în fața persoanelor de test. La un nivel mai mare de o întâmplare statistică, participanții au putut să stabilească lumina, atunci când primul foton 54 a ajuns la ochii lor.

Dupa pierderea foton plata prin absorbtie a celorlalte componente ale ochiului, cercetatorii au descoperit ca, pentru cinci dintre fotonii activează cinci stick-uri individuale care oferă participanților un sentiment al lumii.

Care este limita de mici și de la distanță pe care le putem vedea?

Acest fapt s-ar putea surprinde: nu există nici o restricție interne mai mic sau cel mai îndepărtat putem vedea. Atâta timp cât obiectele de orice dimensiune, la orice distanță transmite fotoni celulele retiniene, le putem vedea.

„Tot ceea ce excită ochiul, este cantitatea de lumină care ajunge la ochi, - spune Landy. - Numărul total de fotoni. Puteți face sursa de lumină este ridicol de mic și de la distanță, dar în cazul în care emite fotoni puternic, să-l vezi. "

De exemplu, înțelepciunea convențională spune că putem vedea flacăra lumânărilor de la o distanta de 48 de kilometri pe noapte limpede de culoare închisă. În practică, desigur, ochii noștri ar înota doar în fotoni, asa ca razele de lumină fără stăpân de la distanță, pur și simplu se pierde în învălmășeala. „Când măriți intensitatea fundalului, cantitatea de lumină pe care trebuie să vezi ceva, a crescut“, - a spus Landy.

cerul de noapte cu un fundal întunecat, stea-împânzit, este un exemplu frapant al gamei viziunii noastre. stea ogromny- multe dintre cele pe care le vedem în cerul de noapte, face milioane de kilometri în diametru. Dar chiar și cele mai apropiate stelele sunt departe de noi, cel puțin 24 de miliarde de kilometri, dar, pentru că atât de mic pentru ochii noștri, că ei nu pot spune. Și totuși, le vom vedea ca un punct forte care emit lumina ca fotoni să străbată distanțe cosmice și de a intra în ochii noștri.

Toate stele individuale pe care le vedem pe cerul nopții, se află în galaxia noastră - Calea Lactee. Obiectul cel mai îndepărtat putem vedea cu ochiul liber, este dincolo de galaxia noastră: o galaxie Andromeda, situată la 2,5 milioane de ani lumină de la noi. (Deși acest lucru este controversat, unii indivizi pretind că ei pot vedea galaxia Triunghiul într-un cer de noapte extrem de întunecat, dar este de trei milioane de ani lumină depărtare, doar pentru a avea să ia cuvântul lor pentru ea).

Trilion stele din galaxia Andromeda, având în vedere distanța, întins într-o bucată de cer vag strălucitor. Cu toate acestea, dimensiunea sa este enormă. În ceea ce privește mărimea aparentă, chiar fiind într-o quintillion de kilometri distanță, această galaxie este de șase ori mai mare decât Luna plină. Cu toate acestea, ochii în sus, astfel încât puțini fotoni acest monstru ceresc este aproape imperceptibil.

În ceea ce poate fi acută viziune?

De ce nu fac distincție între stele individuale în galaxia Andromeda? Limitele rezoluției noastre vizuale, sau acuității vizuale, sunt limitative. acuitatea vizuală - este abilitatea de a distinge detalii, cum ar fi puncte sau linii, separate unele de altele, astfel încât acestea nu sunt îmbinate. Astfel, este posibil să se ia în considerare limitele numărului de „puncte“, pe care le putem discerne.

Limitele acuitatea vizuală a stabili o serie de factori, cum ar fi distanța dintre conuri și tije, ambalate in retinei. De asemenea, important este optica a globului ocular, care, așa cum am spus, previne toate fotonii posibile de celule sensibile la lumină.

Teoretic, studiile au arătat că cele mai bune pe care le putem vedea, aceasta este de aproximativ 120 de pixeli per grad de arc, unitate de măsură unghiulară. O puteți imagina ca o tablă de șah negru alb-60 cu 60 celule, care se potrivesc pe brațul unghiilor. „Acesta este un model clar pe care o puteți vedea“, - a spus Landy.

screening-ul Vision, cum ar fi un tabel cu imprimare mică, este ghidată de aceleași principii. Aceste limite ale vizuale explica de ce nu putem distinge și să se concentreze pe o singură lățime de celule biologice plictisitoare de câțiva micrometri.

Dar nu scrie pe conturile propriu-zise. Milioane de culori, fotoni single, lumi galactice dincolo de kvantilliony kilometri distanță - nu prea rău pentru un balon de jeleu în prize noastre conectate la buretele de 1,4 lire în cranii noastre.