Благодаря чему мы видим предметы кратко

Обновлено: 04.07.2024

Долгое время человечество не могло ответить на этот вопрос. Но в 1772 году известный ученый Исаак Ньютон провел известный опыт со стеклянной призмой и светом. Вследствие этого было открыто такое явление как дисперсия. Простыми словами, Ньютон показал, что белый свет на самом деле состоит из семи цветов.

Белый свет - это смесь семи цветов радуги. В результате этого свойства мы и видим все вокруг в цвете. Также надо помнить, что свет это луч и одновременно это волна. Каждая волна имеет свою длину и ей отвечает определенный цвет.

Еще одна причина того, что мир вокруг нас цветной, связана с тем, что свет имеет свойство взаимодействовать со всеми веществами и предметами. Одни вещества могут поглощать свет, другие его отражают. Поглощение и отражение может быть полным и частичным.

Когда свет попадает на траву, она отражает луч зеленого цвета и поглощает лучи всех остальных цветов. Поэтому трава для нас зеленая. С небом ситуация аналогичная. Отражается голубой цвет, поглощаются все остальные. И так со всем вокруг. Ведь на все предметы падают световые лучи, которые частично или полностью поглощаются и отражаются. Благодаря такому взаимодействию объект кажется нам цветным.

Белый цвет мы видим, когда предмет полностью отражает луч света, а когда все лучи поглощаются, то предмет для нас полностью черный.

Помимо этого, за восприятие цветов отвечают и наши глаза, ведь на их сетчатке размещаются специальные светочувствительные колбочки и палочки. Колбочки помогают человеку различать цвета и оттенки, а палочки помогают видеть в сумерках. За цветное восприятие мира вокруг нас отвечают как раз колбочки трех типов, чувствительные к основным цветам видимого спектра (красному, зеленому, синему).

Все эти компоненты вместе и дают человеку возможность наслаждаться разнообразием красок и красотой мира вокруг нас.

В самом простом смысле зрение — это в первую очередь два глаза, которые получают и обрабатывают информацию об окружающем нас мире. На самом деле человеческое зрение, разумеется, устроено гораздо сложнее, и информация от органов чувств (то есть глаз) проходит несколько этапов обработки: как самим глазом, так и далее — мозгом. Вместе с офтальмологической клиникой 3Z рассказываем, как зрительная система человека формирует изображение действительности, и объясняем, почему мы не видим мир перевернутым, маленьким, трясущимся и разделенным на две части.

Из школьного курса физики вы можете помнить про линзы — приборы из прозрачного материала с преломляющей поверхностью, способные, в зависимости от своей формы, собирать или рассеивать попадающий на них свет. Именно линзам мы обязаны тому, что в мире существуют фотоаппараты, видеокамеры, телескопы, бинокли и, конечно, контактные линзы и очки, которые носят люди. Человеческий глаз — это точно такая же линза, а точнее — сложная оптическая система, состоящая из нескольких биологических линз.

Проекция объекта через двояковыпуклую линзу

Первая из них — роговица, внешняя оболочка глаза, наиболее выпуклая его часть. Роговица — это вогнуто-выпуклая линза, которая принимает лучи, исходящие из каждой точки предмета, и передает их дальше через переднюю камеру, заполненную влагой, и зрачок к хрусталику. Хрусталик, в свою очередь, представляет собой двояковыпуклую линзу, по форме напоминающую миндаль или сплющенную сферу.

Двояковыпуклая линза — собирающая: лучи, проходящие через ее поверхность, собираются за ней в одну точку, после чего формируется копия наблюдаемого предмета. Интересный момент состоит в том, что изображение объекта, сформированное на заднем фокусе такой линзы, — действительное (то есть соответствует тому самому наблюдаемому предмету), перевернутое и уменьшенное. Изображение, которое формируется за хрусталиком, поэтому, точно такое же.

Внутреннее строение глаза

Этот электрический сигнал затем проходит в головной мозг, где обрабатывается отделами зрительной коры. Все вместе эти отделы отвечают за то, чтобы преобразовать сигналы о расположении фотонов — единственную информацию, которую получает сам глаз — в имеющие смысл образы. При этом мозг — система взаимосвязанная, и за то, как мы воспринимаем то, что происходит в действительности, отвечают не только наши глаза и зрительная система, но и другие органы чувств, способные получать информацию. Мы не видим мир перевернутым благодаря тому, что у нашего вестибулярного аппарата есть информация о том, что мы стоим ровно, двумя ногами на земле, и дерево, растущее из земли, соответственно, перевернутым быть не должно.

Подтверждение этому — эксперимент, который поставил на самом себе американский психолог Джордж Стрэттон (George Stratton) в 1896 году: ученый изобрел специальное устройство — инвертоскоп, чьи линзы также могут переворачивать изображение, на которое смотрит тот, кто их носит. В своем устройстве Стрэттон проходил неделю и при этом не сошел с ума от необходимости передвигаться в перевернутом пространстве. Его зрительная система быстро адаптировалась под измененные обстоятельства, и уже через пару дней ученый видел мир таким, каким привык видеть его с детства.

Другими словами, в мозге нет специального отдела, который переворачивает изображение, поступившее на сетчатку: за это отвечает вся зрительная система головного мозга, которая, с учетом информации от других органов чувств, позволяет нам точно определить ориентацию объектов в пространстве.

Клиники 3Z – крупнейшая в России сеть офтальмологических клиник, которая насчитывает 36 диагностических центров и клиник в восьми регионах России. За 15 лет работы офтальмохирурги 3Z провели более 210 тысяч операций, из них около 65 тысяч — по передовым технологиям коррекции зрения.

Что касается самой сетчатки, то для того, чтобы понять, как работает зрение, нужно также подробнее рассмотреть ее функционирование и строение. Сетчатка представляет собой тонкую многослойную структуру, в которой находятся нейроны, принимающие и обрабатывающие световые сигналы от оптической системы глаза и отправляющие их друг другу и в мозг для дальнейшей обработки. Всего в сетчатке выделяют три слоя нейронов и еще два слоя синапсов, получающих и передающих сигналы от этих нейронов.

Раздел о наших чувствах начнём с того что даёт нам больше всего информации об окружающем мире (от 70 до 90%) - со зрения. Как я уже упоминал, мы видим не сами объекты, а свет, который от них отражается. Свет это электромагнитное излучение, с различным диапазоном длины волн. Поток света можно разделить на спектр, и у этого спектра есть видимые для нашего глаза границы. Видимая часть света – это лишь малая часть всего излучения.

Как видно из рисунка, сразу после видимого диапазона света, идёт инфракрасный диапазон, на которое в основном приходится тепловое излучение. Этот диапазон не видим для невооруженного глаза, но его можно визуализировать с помощью специальных приборов.

Но вернёмся к нашему зрению. И так, от источника света (Солнце, лампа) исходит электромагнитное излучение и попадает на все предметы, что нас окружают. Отражённые фотоны света попадают на наши глаза, при этом они идут со всех сторон, и чтобы им всем попасть на сетчатку глаза, у нас есть 2 линзы – роговица и хрусталик, которые не только уменьшают и фокусируют изображение (правильней сказать поток отражённых лучей света), но ещё и переворачивают его.

Ещё интересный момент – есть специальные очки, которые подают на глаза перевёрнутое изображение, и понятно, что в таких очках очень сложно ориентироваться и соблюдать координацию движений. Но если носить их не снимая, скажем неделю, то мозг вполне приспособится к этому, и никаких проблем с ориентацией в пространстве не будет; однако после их снятия человеку снова придётся приспосабливаться теперь уже к обычному зрительному восприятию.

Большинство окружающих предметов мы видим благодаря тому, что они отражают свет, падающий на них. Отражают свет различные предметы равно — именно это и придает разнообразия окружающему миру.

Предметы, отражающие почти весь свет, падающий на них, кажутся нам обычно белыми (но далеко не всегда: например, зеркала, хорошо отражают свет, белыми не выглядят!). Однако даже ослепительно белый снег отражает не все 100, а только 80-85 процентов света, падающего на него.

Предметы же, которые поглощают почти весь свет, падающий на них, кажутся нам черными. Но даже черное сукно все же отражает несколько процентов света. И расчеты показывают, что благодаря этому черное сукно в ясный солнечный день отражает примерно в десять тысяч раз больше света, чем белый снег в лунную ночь! Почему же тогда сукно кажется нам черным даже в солнечный день, а снег — белым даже в лунную ночь? Дело в том, что все познается в сравнении: и сукно, и снег мы сравниваем с другими предметами, освещенными так же.

Предмет, отражает всего 10 % света, кажется нам конечно темно — серым: таким, например, является кружок, изображенный на рис. 17.1. Однако, несмотря на полнолуние (рис. 17.2), мало кто назовет его темно — серым, хотя измерения показывают, что он отражает тоже 10 % солнечного света, падающего на него. Дело в том, что кружок мы видим на белом фоне, а Луна — на фоне темного ночного неба.

Еще со школы мы все хорошо знаем: человек видит благодаря тому, что у него в глазу имеется сетчатка, состоящая из светочувствительных клеток — колбочек и палочек. Меняющий свою форму хрусталик проецирует отражаемый окружающими предметами свет на сетчатку и создает на ней изображение этих предметов. Весьма похоже на цифровой фотоаппарат с трансфокатором и светочувствительной полупроводниковой матрицей вместо сетчатки. Палочки и колбочки преобразуют свет в электрические сигналы, которые и передаются в мозг, запуская сложнейший процесс видения. Для этого мозг использует не только информацию, поступающую к нему в данный момент, но и накопленный ранее опыт. Собственно, то, что мы видим, — это основанная на предыдущем опыте интерпретация поступающих сигналов. В частности, этот опыт используется для управления движением глаз при рассматривании.

Известно, например, что лягушка видит только движущиеся объекты. Почему же человек умеет видеть неподвижные предметы? Оказывается, что и он через 1–2 секунды перестает воспринимать неподвижные изображения, если освещенность каждой из колбочек и палочек не меняется. Однако в нормальных условиях глаз человека постоянно совершает скачкообразные микроскопические движения, и информация о наблюдаемом объекте все время возобновляется, благодаря этому он остается видимым.

При рассматривании изображения глаз также совершает постоянные движения, сосредоточивая внимание и многократно возвращаясь к наиболее важным и информативным деталям, которые формируют запоминающийся образ объекта. Например, если речь идет о лице, то щеки разглядываются редко, а вот глаза, нос, губы — чаще. Вероятно, поэтому нам удается рассматривать абстрактные картины Пикассо, выполненные в технике кубизма. На них могут быть изображены одновременно такие важные фрагменты, которые не видны все сразу при рассматривании прототипа.

Информация об увиденном в считанные доли секунды попадает в головной мозг, где мгновенно начинается ее анализ и обработка.

Удивительно и то, что человекможет рассматривать движущиеся объекты. Во-первых, ему удается следить за ними взглядом (опять-таки благодаря движению глаз, но не скачкообразному, а плавному). Во-вторых, мозг умеет сливать набор дискретных кадров, получаемых на сетчатке вследствие скачкообразных микродвижений, в плавную непрерывную картину. Получается, что, рассматривая движущиеся объекты, мы все время смотрим кино. Справедливо и обратное: если мы будем рассматривать ряд статических кадров, фиксирующих последовательные положения наблюдаемого объекта, то при достаточно высокой частоте смены кадров увидим непрерывное движение. Именно так и устроен кинематограф.

Конечно, это далеко не все даже из открытых секретов видения. Свойства глаза человека и особенности его психики обязательно учитываются при проектировании современных видеосистем — камер, телевизоров и компьютерных дисплеев. Как мы видим, они становятся все лучше и лучше.

Читайте также: