إلى أي مدى يمكن للعين البشرية أن ترى؟ المستوى الأول: رؤية واضحة
نظريا بقعة ضوء من مصدر بعيدعند التركيز على شبكية العين يجب أن تكون متناهية الصغر. ومع ذلك، نظرًا لأن النظام البصري للعين غير كامل، فإن مثل هذه البقعة على شبكية العين، حتى في أقصى دقة للنظام البصري للعين الطبيعية، عادةً ما يبلغ إجمالي قطرها حوالي 11 ميكرون. وفي وسط البقعة يكون السطوع أعلى، وباتجاه أطرافها يتناقص السطوع تدريجياً.
متوسط قطر المخاريط في النقرةشبكية العين (الجزء المركزي من شبكية العين، حيث تكون حدة البصر في أعلى مستوياتها) يبلغ حوالي 1.5 ميكرون، وهو ما يعادل 1/7 من قطر بقعة الضوء. ومع ذلك، نظرًا لأن بقعة الضوء تحتوي على نقطة مركزية مشرقة وحواف مظللة، فيمكن للشخص عادةً التمييز بين نقطتين منفصلتين عندما تكون المسافة على الشبكية بين مركزيهما حوالي 2 ميكرون، وهو أكبر قليلاً من عرض مخاريط العين. النقرة.
حدة البصر طبيعيةتقدر العين البشرية على تمييز مصادر الضوء النقطية بحوالي 25 ثانية قوسية. وبالتالي، عندما تصل أشعة الضوء من نقطتين منفصلتين إلى العين بزاوية 25 ثانية بينهما، يتم التعرف عليها عادةً على أنها نقطتان بدلاً من نقطة واحدة. وهذا يعني أن الشخص ذو حدة البصر العادية، الذي ينظر إلى مصدرين للضوء من النقاط الساطعة من مسافة 10 أمتار، يمكنه التمييز بين هذين المصدرين ككائنات منفصلة فقط إذا كانا على مسافة 1.5-2 مم من بعضهما البعض.
مع قطر الحفرةيقع أقل من 500 ميكرومتر أقل من 2 درجة من المجال البصري في منطقة شبكية العين بأقصى حدة بصرية. خارج منطقة النقرة المركزية، تضعف حدة البصر تدريجياً، وتنخفض بأكثر من 10 مرات عند الوصول إلى المحيط. يحدث هذا لأنه في الأجزاء الطرفية من شبكية العين، عندما تبتعد عن النقرة، يتواصل عدد متزايد من العصي والمخاريط مع كل ألياف عصبية بصرية.
الطريقة السريرية لتحديد حدة البصر. تتكون بطاقة اختبار العين عادةً من حروف بأحجام مختلفة موضوعة على مسافة حوالي 6 أمتار (20 قدمًا) من الشخص الذي يتم اختباره. إذا رأى شخص من هذه المسافة بوضوح الحروف التي يجب أن يراها بشكل طبيعي، فيقولون إن حدة بصره هي 1.0 (20/20)، أي. الرؤية طبيعية. إذا رأى شخص ما من هذه المسافة فقط تلك الحروف التي يمكن رؤيتها عادةً من مسافة 60 مترًا (200 قدم)، فيُقال أن هذا الشخص لديه رؤية 0.1 (20/200). بمعنى آخر، تستخدم الطريقة السريرية لتقييم حدة البصر كسرًا رياضيًا يعكس نسبة مسافتين، أو نسبة حدة البصر لشخص معين إلى حدة البصر الطبيعية.
هناك ثلاث طرق رئيسية، والتي من خلالها يحدد الشخص عادة المسافة إلى جسم ما: (1) حجم صور الأشياء المعروفة على شبكية العين؛ (2) ظاهرة اختلاف حركة الحركة؛ (3) ظاهرة التجسيم. تسمى القدرة على الحكم على المسافة بإدراك العمق.
تحديد المسافة حسب الحجمصور للأشياء المعروفة على شبكية العين. إذا كنت تعلم أن طول الشخص الذي تراه هو 180 سم، فيمكنك تحديد مدى بعد الشخص عنك ببساطة من خلال حجم صورته على شبكية العين. هذا لا يعني أن كل واحد منا يفكر بوعي في الحجم الموجود على شبكية العين، لكن الدماغ يتعلم حساب المسافات إلى الأشياء تلقائيًا من أحجام الصور عند معرفة البيانات.
تحديد المسافة عن طريق تحريك المنظر. هناك طريقة أخرى مهمة لتحديد المسافة من العين إلى الجسم وهي درجة التغير في اختلاف منظر الحركة. إذا نظر الشخص إلى المسافة بلا حراك تمامًا، فلا يوجد اختلاف في المنظر. ومع ذلك، عندما يتم إزاحة الرأس إلى جانب أو آخر، تتحرك صور الأجسام القريبة بسرعة عبر شبكية العين، بينما تظل صور الأجسام البعيدة بلا حراك تقريبًا. على سبيل المثال، عندما يتم إزاحة الرأس إلى الجانب بمقدار 2.54 سم، فإن صورة الجسم الموجود على هذه المسافة من العين تتحرك تقريبًا عبر شبكية العين بأكملها، في حين أن إزاحة صورة الجسم الموجود على بعد 60 مترًا من العين تكون لم أشعر. وبالتالي، عند استخدام آلية تغيير المنظر، من الممكن تحديد المسافات النسبية للأشياء المختلفة حتى بعين واحدة.
تحديد المسافة باستخدام التجسيم. رؤية مجهر. سبب آخر للإحساس بالمنظر هو الرؤية الثنائية. نظرا لأن العيون يتم إزاحتها بالنسبة لبعضها البعض بما يزيد قليلا عن 5 سم، فإن الصور الموجودة على شبكية العين تختلف عن بعضها البعض. على سبيل المثال، يشكل الجسم الموجود على بعد 2.54 سم أمام الأنف صورة على الجانب الأيسر من الشبكية اليسرى وعلى الجانب الأيمن من الشبكية اليمنى، بينما تتشكل صور جسم صغير يقع على بعد 6 أمتار أمام الأنف على مقربة من النقاط المقابلة في مراكز شبكية العين. يتم عرض صور البقعة الحمراء والمربع الأصفر في أجزاء متقابلة من شبكية العين بسبب وجود الأجسام على مسافات مختلفة أمام العينين.
هذا النوع المنظريحدث دائمًا عند الرؤية بكلتا العينين. إن اختلاف المنظر بين العينين (أو التجسيم) هو المسؤول بالكامل تقريبًا عن القدرة الأعلى بكثير على تقدير المسافة إلى الأشياء القريبة لشخص بعينين مقارنة بشخص بعين واحدة فقط. ومع ذلك، فإن التجسيم غير مفيد تقريبًا لإدراك العمق على مسافات تتجاوز 15-60 مترًا.
ينحني سطح الأرض ويختفي عن الأنظار على مسافة 5 كيلومترات. لكن حدة البصر لدينا تسمح لنا برؤية ما هو أبعد من الأفق. فلو كان مسطحًا، أو إذا وقفت على قمة جبل ونظرت إلى مساحة أكبر بكثير من الكوكب من المعتاد، فستتمكن من رؤية الأضواء الساطعة على بعد مئات الكيلومترات. وفي ليلة مظلمة، يمكنك رؤية شعلة شمعة تقع على بعد 48 كيلومترًا.
يعتمد المدى الذي يمكن للعين البشرية رؤيته على عدد جزيئات الضوء، أو الفوتونات، المنبعثة من جسم بعيد. أبعد جسم يمكن رؤيته بالعين المجردة هو سديم المرأة المسلسلة، الذي يقع على مسافة هائلة تبلغ 2.6 مليون سنة ضوئية من الأرض. تبعث تريليون نجم في المجرة ما يكفي من الضوء في المجمل لتسبب عدة آلاف من الفوتونات في ضرب كل سنتيمتر مربع من سطح الأرض في كل ثانية. وفي الليلة المظلمة، هذه الكمية كافية لتنشيط شبكية العين.
في عام 1941، قام عالم الرؤية سيليج هيشت وزملاؤه في جامعة كولومبيا بعمل ما يعتبر حتى الآن مقياسًا موثوقًا للعتبة البصرية المطلقة، وهو الحد الأدنى لعدد الفوتونات التي يجب أن تصل إلى شبكية العين لإنتاج الوعي البصري. حددت التجربة العتبة في ظل ظروف مثالية: مُنحت أعين المشاركين وقتًا للتكيف تمامًا مع الظلام المطلق، وكان وميض الضوء الأزرق والأخضر الذي يعمل كمحفز يبلغ طوله الموجي 510 نانومتر (وهو ما تكون العيون أكثر حساسية له). وتم توجيه الضوء إلى الحافة الطرفية للشبكية، مملوءة بخلايا قضيبية حساسة للضوء.
وفقًا للعلماء، لكي يتمكن المشاركون في التجربة من التعرف على وميض الضوء هذا في أكثر من نصف الحالات، كان من الضروري ضرب مقل العيون من 54 إلى 148 فوتونًا. واستنادا إلى قياسات امتصاص الشبكية، يقدر العلماء أن قضبان شبكية العين البشرية تمتص في المتوسط 10 فوتونات. وبالتالي، فإن امتصاص 5-14 فوتونًا أو، على التوالي، تنشيط 5-14 قضيبًا يشير إلى الدماغ أنك ترى شيئًا ما.
"هذا في الواقع عدد صغير جدًا من التفاعلات الكيميائية"، كما أشار هيشت وزملاؤه في ورقة بحثية حول التجربة.
ومع الأخذ في الاعتبار العتبة المطلقة، وسطوع لهب الشمعة، والمسافة المقدرة التي يخفت عندها الجسم المضيء، خلص العلماء إلى أن الشخص يمكنه تمييز الوميض الخافت للهب الشمعة على مسافة 48 كيلومترا.
ولكن على أي مسافة يمكننا أن ندرك أن الجسم هو أكثر من مجرد وميض ضوء؟ لكي يبدو الجسم ممتدًا مكانيًا وليس على شكل نقطة، يجب أن ينشط الضوء الصادر منه اثنين على الأقل من المخاريط الشبكية المتجاورة - الخلايا المسؤولة عن رؤية الألوان. في ظل الظروف المثالية، يجب أن يقع الجسم بزاوية لا تقل عن دقيقة قوسية واحدة، أو سدس درجة، لإثارة المخاريط المجاورة. ويظل هذا القياس الزاوي كما هو سواء كان الجسم قريبًا أو بعيدًا (يجب أن يكون الجسم البعيد أكبر بكثير ليكون في نفس زاوية الجسم القريب). يقع القمر الكامل بزاوية قدرها 30 دقيقة قوسية، في حين أن كوكب الزهرة بالكاد يكون مرئيًا كجسم ممتد بزاوية تبلغ حوالي دقيقة قوسية واحدة.
يمكن تمييز الأشياء بحجم الإنسان على أنها ممتدة على مسافة حوالي 3 كيلومترات فقط. وبالمقارنة، يمكننا عند هذه المسافة التمييز بوضوح بين مصباحين أماميين للسيارة.
إلى أي مدى يمكن للعين البشرية أن ترى (عادة)؟ وحصلت على أفضل إجابة
الرد من ليونيد[المعلم]
فإذا اعتبرنا أن سطح الأرض حالة طبيعية، فإن المشكلة تنحصر في نظرية فيثاغورس. ومن الجواب حوالي 4 كم. عند هذه المسافة يقع خط الأفق لشخص متوسط الارتفاع. والمثال المثالي على ذلك هو شخص على شاطئ البحر بجوار الماء مباشرة. ومن الواضح أنه نظرا لظروف التضاريس، فإن النطاق لن يكون قابلا للتنبؤ به. على سبيل المثال، ليس أبعد من المنحدر المقابل للمضيق...
الإجابة من 2 إجابات[المعلم]
مرحبًا! فيما يلي مجموعة مختارة من المواضيع التي تحتوي على إجابات لسؤالك: إلى أي مدى ترى العين البشرية (عادة)؟
الإجابة من دي[المعلم]
في الأساس إلى ما لا نهاية. تستطيع العين البشرية السليمة قراءة الخطوط السفلية لمخطط اختبار الرؤية.
الإجابة من FingerScan بولونين[المعلم]
لقد أثبت العلماء أن العين قادرة على الاستجابة لفوتون واحد فقط يضرب شبكية العين، وفي وقت من الأوقات فعل فافيلوف ذلك. وأظهرت تجاربه أنه لكي يظهر الإحساس بالضوء لدى شخص عادي غير مدرب، فإنه من الضروري أن يصل حوالي 5-7 فوتونات إلى شبكية العين في نفس المنطقة، ولكن هناك طرق لزيادة عتبة حساسية الرؤية. الخيارات هي تكييف الرؤية مع الظلام (يجلس الإنسان في الظلام لمدة 30 دقيقة على الأقل) وإذا كنت مهتمًا بشكل جدي برؤيتك، فيمكنك الاستغناء عن الظلام الكامل (على سبيل المثال، استخدام تمرين "راحة اليد"). الإنسان قادر على التقاط فوتونات مفردة على شبكية العين، وإذا انتقلنا إلى الأرقام التي سألت عنها فالوضع كالتالي: من مسافة 7 كم من شمعة مشتعلة، يضرب فوتون واحد فقط عين الشخص في ظلام دامس، اتضح أن الشخص المدرب في الظلام الدامس قادر على رؤية شمعة من مسافة 7 كم، والعين العادية غير المدربة قادرة على تمييز شيء مثل 5-7 شموع مشتعلة في مكان قريب، إليك إجابتك.
الإجابة من إينا ف[المعلم]
المعلمات الفوتوغرافية للعين البشرية وبعض ملامح بنيتها.تتغير حساسية (ISO) للعين البشرية ديناميكيًا اعتمادًا على مستوى الإضاءة الحالي في النطاق من 1 إلى 800 وحدة ISO. يستغرق زمن تكيف العين بشكل كامل مع البيئة المظلمة حوالي نصف ساعة، ويبلغ عدد الميجابكسل في عين الإنسان حوالي 130، إذا حسبنا كل مستقبل حساس للضوء على أنه بكسل منفصل. ومع ذلك، فإن النقرة، وهي المنطقة الأكثر حساسية للضوء في شبكية العين والمسؤولة عن الرؤية المركزية الواضحة، تبلغ دقتها حوالي واحد ميجابكسل وتغطي حوالي درجتين من الرؤية، ويبلغ البعد البؤري ~22-24 ملم حجم الثقب (البؤبؤ) مع القزحية المفتوحة هو ~ 7 مم. الفتح النسبي هو 22/7 = ~ 3.2-3.5. يحتوي ناقل البيانات من عين واحدة إلى الدماغ على حوالي 1.2 مليون ألياف عصبية (محاور عصبية) تبلغ سعة القناة من العين إلى الدماغ حوالي 8-9 ميغابت في الثانية. الزوايا مجال رؤية عين واحدة هو 160 × 175 درجة، تحتوي شبكية الإنسان على ما يقرب من 100 مليون قضيب و 30 مليون مخروط. أو 120 + 6 حسب البيانات البديلة المخاريط هي أحد نوعين من الخلايا المستقبلة للضوء في شبكية العين. حصلت المخاريط على اسمها بسبب شكلها المخروطي. يبلغ طولها حوالي 50 ميكرون، وقطرها من 1 إلى 4 ميكرون. المخاريط أقل حساسية للضوء بحوالي 100 مرة من العصي (نوع آخر من خلايا الشبكية)، ولكنها ترى الحركات السريعة بشكل أفضل بكثير. هناك ثلاثة أنواع من المخاريط، بناءً على حساسيتهم لموجات الضوء ذات الأطوال المختلفة (الألوان). المخاريط من النوع S حساسة في المنطقة البنفسجي الأزرق، والنوع M في المنطقة الخضراء الصفراء، والنوع L في الجزء الأصفر والأحمر من الطيف. إن وجود هذه الأنواع الثلاثة من المخاريط (والقضبان الحساسة في الجزء الأخضر الزمردي من الطيف) يمنح الشخص رؤية ملونة. تحتوي المخاريط ذات الطول الموجي الطويل والمتوسط (تبلغ ذروتها باللون الأزرق والأخضر والأصفر والأخضر) على مناطق واسعة من الحساسية مع تداخل كبير، لذلك يستجيب نوع معين من المخاريط لأكثر من مجرد لونه الخاص؛ الخلايا العصوية هي واحدة من نوعين من الخلايا المستقبلة للضوء الموجودة في شبكية العين، وسميت بهذا الاسم نسبة إلى شكلها الأسطواني. تكون العصي أكثر حساسية للضوء، وتتركز في العين البشرية نحو حواف شبكية العين، مما يحدد مشاركتها في الرؤية الليلية والمحيطية.
يبدأ سطح الأرض في مجال رؤيتك بالانحناء على مسافة حوالي 5 كيلومترات. لكن حدة الرؤية البشرية تسمح لنا برؤية أبعد بكثير من الأفق. إذا لم يكن هناك انحناء، فستتمكن من رؤية لهب شمعة على بعد 50 كم.
يعتمد مدى الرؤية على عدد الفوتونات المنبعثة من الجسم البعيد. تبعث نجوم هذه المجرة البالغ عددها مليون نجم ما يكفي من الضوء لعدة آلاف من الفوتونات للوصول إلى كل متر مربع. سم الأرض. وهذا يكفي لإثارة شبكية العين البشرية.
وبما أنه من المستحيل التحقق من حدة الرؤية البشرية أثناء وجوده على الأرض، لجأ العلماء إلى الحسابات الرياضية. ووجدوا أنه من أجل رؤية الضوء الوامض، يجب أن يصل ما بين 5 إلى 14 فوتونًا إلى شبكية العين. وشعلة الشمعة على مسافة 50 كم مع مراعاة تشتت الضوء تعطي هذه الكمية، ويتعرف الدماغ على وهج ضعيف.
كيف تكتشف شيئًا شخصيًا عن محاورك من خلال مظهره
أسرار "البوم" التي لا تعرفها "القبرات". كيف يعمل "البريد الدماغي" - نقل الرسائل من دماغ إلى دماغ عبر الإنترنت لماذا الملل ضروري؟ "الرجل المغناطيس": كيف تصبح أكثر كاريزمية وتجذب الناس إليك 25 مقولة من شأنها أن تُخرج مقاتلك الداخلي كيفية تنمية الثقة بالنفس هل من الممكن "تطهير الجسم من السموم"؟ 5 أسباب تجعل الناس يلومون دائمًا الضحية، وليس المجرم، على الجريمة
انظر حولك في الغرفة التي تتواجد فيها - ماذا ترى؟ الجدران والنوافذ والأشياء الملونة - كل هذا يبدو مألوفًا جدًا ويعتبر أمرًا مفروغًا منه. من السهل أن ننسى أننا نرى العالم من حولنا فقط بفضل الفوتونات - وهي جزيئات الضوء المنعكسة من الأشياء والتي تضرب شبكية العين.
هناك ما يقرب من 126 مليون خلية حساسة للضوء في شبكية أعيننا. ويقوم الدماغ بفك تشفير المعلومات الواردة من هذه الخلايا حول اتجاه وطاقة الفوتونات الساقطة عليها ويحولها إلى مجموعة متنوعة من الأشكال والألوان وشدة إضاءة الأجسام المحيطة.
الرؤية البشرية لها حدودها. وبالتالي، فإننا لا نستطيع رؤية موجات الراديو المنبعثة من الأجهزة الإلكترونية، ولا رؤية أصغر البكتيريا بالعين المجردة.
بفضل التقدم في الفيزياء والبيولوجيا، أصبح من الممكن تحديد حدود الرؤية الطبيعية. يقول مايكل لاندي، أستاذ علم النفس والبيولوجيا العصبية في جامعة نيويورك: "كل شيء نراه له "عتبة" معينة نتوقف عندها عن التعرف عليه".
دعونا أولاً نفكر في هذه العتبة من حيث قدرتنا على تمييز الألوان - ربما تكون القدرة الأولى التي تتبادر إلى الذهن فيما يتعلق بالرؤية.
إن قدرتنا على التمييز، على سبيل المثال، بين اللون البنفسجي والأرجواني ترتبط بالطول الموجي للفوتونات التي تصل إلى شبكية العين. هناك نوعان من الخلايا الحساسة للضوء في شبكية العين - العصي والمخاريط. المخاريط هي المسؤولة عن إدراك الألوان (ما يسمى بالرؤية النهارية)، وتسمح لنا القضبان برؤية ظلال اللون الرمادي في الإضاءة المنخفضة - على سبيل المثال، في الليل (الرؤية الليلية).
تحتوي العين البشرية على ثلاثة أنواع من المخاريط وعدد مماثل من أنواع الأوبسينات، كل منها حساس بشكل خاص للفوتونات ذات نطاق معين من الأطوال الموجية الضوئية.
المخاريط من النوع S حساسة للجزء ذي الطول الموجي القصير البنفسجي من الطيف المرئي؛ المخاريط من النوع M مسؤولة عن اللون الأخضر والأصفر (الطول الموجي المتوسط)، والمخاريط من النوع L مسؤولة عن اللون الأصفر والأحمر (الطول الموجي الطويل).
كل هذه الموجات، بالإضافة إلى مجموعاتها، تسمح لنا برؤية مجموعة كاملة من ألوان قوس قزح. يقول لاندي: "جميع مصادر الضوء المرئي البشرية، باستثناء بعض المصادر الاصطناعية (مثل المنشور الانكساري أو الليزر)، تبعث مزيجًا من الأطوال الموجية ذات الأطوال الموجية المختلفة".
من بين جميع الفوتونات الموجودة في الطبيعة، فإن مخاريطنا قادرة على اكتشاف فقط تلك التي تتميز بأطوال موجية في نطاق ضيق جدًا (عادةً من 380 إلى 720 نانومتر) - وهذا ما يسمى طيف الإشعاع المرئي. يوجد تحت هذا النطاق أطياف الأشعة تحت الحمراء والراديو - وتتراوح الأطوال الموجية للفوتونات منخفضة الطاقة للأخيرة من ملليمتر إلى عدة كيلومترات.
وعلى الجانب الآخر من نطاق الطول الموجي المرئي يوجد طيف الأشعة فوق البنفسجية، يليه الأشعة السينية، ثم طيف أشعة جاما مع الفوتونات التي تكون أطوال موجتها أقل من جزء من تريليون من المتر.
على الرغم من أن معظمنا يعاني من رؤية محدودة في الطيف المرئي، إلا أن الأشخاص الذين يعانون من عدم القدرة على الرؤية – أي غياب العدسة في العين (نتيجة لجراحة إزالة المياه البيضاء أو، بشكل أقل شيوعًا، بسبب عيب خلقي) – قادرون على رؤية الأطوال الموجية فوق البنفسجية.
في العين السليمة، تحجب العدسة الموجات فوق البنفسجية، لكن في غيابها يكون الشخص قادرًا على إدراك موجات يصل طولها إلى حوالي 300 نانومتر بلون أزرق-أبيض.
تشير دراسة أجريت عام 2014 إلى أنه، إلى حد ما، يمكننا جميعًا رؤية فوتونات الأشعة تحت الحمراء. إذا ضرب فوتونان من هذا القبيل نفس الخلية الشبكية في وقت واحد تقريبًا، فيمكن أن تتراكم طاقتهما، وتحول موجات غير مرئية، على سبيل المثال، 1000 نانومتر إلى طول موجي مرئي قدره 500 نانومتر (معظمنا يرى موجات بهذا الطول بلون أخضر بارد). .
كم عدد الألوان التي نراها؟
هناك ثلاثة أنواع من المخاريط في عين الإنسان السليمة، كل منها قادر على تمييز حوالي 100 درجة مختلفة من الألوان. ولهذا السبب، يقدر معظم الباحثين عدد الألوان التي يمكننا تمييزها بحوالي مليون لون. ومع ذلك، فإن إدراك اللون شخصي للغاية وفردي.
جيمسون يعرف ما يتحدث عنه. إنها تدرس رؤية رباعيات الألوان - الأشخاص الذين يتمتعون بقدرات خارقة حقًا على تمييز الألوان. رباعي الألوان نادر ويحدث في معظم الحالات عند النساء. نتيجة طفرة جينية، لديهم نوع رابع إضافي من المخروط، والذي يسمح لهم، وفقا لتقديرات تقريبية، برؤية ما يصل إلى 100 مليون لون. (الأشخاص المصابون بعمى الألوان، أو ثنائي اللون، لديهم نوعان فقط من المخاريط - لا يمكنهم تمييز ما لا يزيد عن 10000 لون.)
كم عدد الفوتونات التي نحتاجها لرؤية مصدر الضوء؟
بشكل عام، تتطلب المخاريط ضوءًا أكثر بكثير لتعمل على النحو الأمثل من العصي. لهذا السبب، في الإضاءة المنخفضة، تقل قدرتنا على تمييز الألوان، وتبدأ العصي في العمل، مما يوفر رؤية بالأبيض والأسود.
في ظل ظروف معملية مثالية، في مناطق الشبكية حيث تكون العصي غائبة إلى حد كبير، يمكن تنشيط المخاريط بواسطة عدد قليل من الفوتونات فقط. ومع ذلك، فإن الصولجانات تقوم بعمل أفضل في تسجيل حتى الضوء الخافت.
وكما أظهرت التجارب التي أجريت لأول مرة في الأربعينيات من القرن الماضي، فإن كمية واحدة من الضوء تكفي لأعيننا لرؤيتها. يقول بريان وانديل، أستاذ علم النفس والهندسة الكهربائية في جامعة ستانفورد: "يمكن لأي شخص أن يرى فوتونًا واحدًا. وليس من المنطقي أن تكون شبكية العين أكثر حساسية".
في عام 1941، أجرى باحثون من جامعة كولومبيا تجربة - حيث أخذوا الأشخاص إلى غرفة مظلمة وأعطوا أعينهم وقتًا معينًا للتكيف. تتطلب القضبان عدة دقائق لتحقيق الحساسية الكاملة؛ ولهذا السبب عندما نطفئ الأضواء في الغرفة، نفقد القدرة على رؤية أي شيء لفترة من الوقت.
ثم تم توجيه ضوء وامض باللون الأزرق والأخضر إلى وجوه الأشخاص. مع احتمال أعلى من الصدفة العادية، سجل المشاركون في التجربة وميضًا من الضوء عندما ضرب 54 فوتونًا فقط شبكية العين.
لا يتم اكتشاف جميع الفوتونات التي تصل إلى شبكية العين بواسطة الخلايا الحساسة للضوء. مع أخذ ذلك في الاعتبار، توصل العلماء إلى استنتاج مفاده أن خمسة فوتونات فقط تنشط خمسة قضبان مختلفة في شبكية العين تكفي لرؤية الشخص وميضًا.
أصغر وأبعد الأشياء المرئية
قد تفاجئك الحقيقة التالية: إن قدرتنا على رؤية جسم ما لا تعتمد على حجمه المادي أو بعده، بل على ما إذا كان عدد قليل من الفوتونات المنبعثة منه ستضرب شبكية العين على الأقل.
يقول لاندي: "الشيء الوحيد الذي تحتاجه العين لرؤية شيء ما هو كمية معينة من الضوء المنبعث أو المنعكس من الجسم. ويعود الأمر كله إلى عدد الفوتونات التي تصل إلى شبكية العين. بغض النظر عن مدى صغر مصدر الضوء، وحتى لو كان موجودًا لجزء من الثانية، فلا يزال بإمكاننا رؤيته إذا أصدر ما يكفي من الفوتونات".
غالبًا ما تحتوي كتب علم النفس المدرسية على عبارة مفادها أنه في ليلة مظلمة صافية، يمكن رؤية شعلة الشمعة من مسافة تصل إلى 48 كم. في الواقع، تتعرض شبكية العين لقصف مستمر بالفوتونات، بحيث يتم ببساطة فقدان كم واحد من الضوء المنبعث من مسافة كبيرة على خلفيتها.
للحصول على فكرة عن المدى الذي يمكننا رؤيته، دعونا ننظر إلى سماء الليل المليئة بالنجوم. حجم النجوم هائل. فالعديد من تلك التي نراها بالعين المجردة يصل قطرها إلى ملايين الكيلومترات.
ومع ذلك، حتى النجوم الأقرب إلينا تقع على مسافة تزيد عن 38 تريليون كيلومتر من الأرض، لذا فإن أحجامها الظاهرية صغيرة جدًا لدرجة أن أعيننا غير قادرة على تمييزها.
من ناحية أخرى، ما زلنا نلاحظ النجوم في شكل مصادر الضوء الساطعة، حيث أن الفوتونات المنبعثة منها تتغلب على المسافات الهائلة التي تفصل بيننا وتهبط على شبكية العين لدينا.
تقع جميع النجوم المرئية الفردية في سماء الليل في مجرتنا درب التبانة. أبعد جسم عنا يمكن للإنسان رؤيته بالعين المجردة يقع خارج مجرة درب التبانة وهو في حد ذاته عنقود نجمي - هذا هو سديم المرأة المسلسلة، الذي يقع على مسافة 2.5 مليون سنة ضوئية، أو 37 كوينتيليون كيلومتر، منا. الشمس. (يزعم بعض الناس أنه في الليالي المظلمة بشكل خاص، تسمح لهم رؤيتهم الثاقبة برؤية مجرة المثلث، التي تقع على بعد حوالي 3 ملايين سنة ضوئية، لكنهم يتركون هذا الادعاء لضميرهم).
يحتوي سديم المرأة المسلسلة على تريليون نجم. ونظرًا للمسافة الكبيرة، تندمج كل هذه النجوم في بقعة ضوء بالكاد مرئية. علاوة على ذلك، فإن حجم سديم المرأة المسلسلة هائل. وحتى على هذه المسافة الهائلة، فإن حجمه الزاوي يبلغ ستة أضعاف قطر البدر. ومع ذلك، يصل إلينا عدد قليل جدًا من الفوتونات من هذه المجرة، مما يجعلها بالكاد مرئية في سماء الليل.
حد حدة البصر
لماذا لا نستطيع رؤية النجوم الفردية في سديم المرأة المسلسلة؟ والحقيقة هي أن الدقة، أو حدة البصر، لها حدودها. (تشير حدة البصر إلى القدرة على تمييز عناصر مثل نقطة أو خط ككائنات منفصلة لا تمتزج مع الكائنات المجاورة أو الخلفية.)
في الواقع، يمكن وصف حدة البصر بنفس طريقة وصف دقة شاشة الكمبيوتر - بالحد الأدنى لحجم البكسل الذي لا يزال بإمكاننا تمييزه كنقاط فردية.
تعتمد محدودية حدة البصر على عدة عوامل، مثل المسافة بين المخاريط الفردية وقضبان الشبكية. تلعب الخصائص البصرية لمقلة العين نفسها دورًا لا يقل أهمية، حيث لا يصل كل فوتون إلى الخلية الحساسة للضوء.
من الناحية النظرية، تظهر الأبحاث أن حدة البصر لدينا تقتصر على القدرة على التمييز حوالي 120 بكسل لكل درجة زاوية (وحدة قياس زاوية).
يمكن أن يكون التوضيح العملي لحدود حدة البصر البشرية شيئًا يقع على مسافة ذراع، بحجم ظفر، مع 60 خطًا أفقيًا و60 خطًا رأسيًا من الألوان البيضاء والسوداء البديلة المطبقة عليه، مما يشكل ما يشبه رقعة الشطرنج. يقول لاندي: "على ما يبدو، هذا هو أصغر نمط لا تزال العين البشرية قادرة على تمييزه".
وتعتمد الجداول التي يستخدمها أطباء العيون لاختبار حدة البصر على هذا المبدأ. الجدول الأكثر شهرة في روسيا، Sivtsev، يتكون من صفوف من الحروف الكبيرة السوداء على خلفية بيضاء، وحجم الخط يصبح أصغر مع كل صف.
يتم تحديد حدة البصر لدى الشخص من خلال حجم الخط الذي يتوقف عنده عن رؤية الخطوط العريضة للحروف بوضوح ويبدأ في الخلط بينها.
إن حد حدة البصر هو الذي يفسر حقيقة أننا لا نستطيع أن نرى بالعين المجردة خلية بيولوجية لا يتجاوز حجمها بضعة ميكرومترات.
لكن لا داعي للحزن على هذا. إن القدرة على تمييز مليون لون والتقاط فوتونات واحدة ورؤية المجرات على بعد عدة كوينتيليون كيلومتر هي نتيجة جيدة للغاية، مع الأخذ في الاعتبار أن رؤيتنا يتم توفيرها من خلال زوج من الكرات الشبيهة بالهلام في محجر العين، متصلة بكتلة مسامية يبلغ وزنها 1.5 كجم. في الجمجمة.
