Острота зрения. Определение расстояния до объекта глазами. Зрение человека На сколько далеко видит человеческий глаз

на какое расстояние видит человеческий глаз (в норме)? и получил лучший ответ

Ответ от Leonid[гуру]
Если нормальными условиями считать повепхность Земли, то задачка сводится к теореме Пифагора. И от вет - примерно 4 км. Именно на таком расстоянии находится линия горизотнта для человека среднего роста. Идеальный пример - человек на берегу моря прямо у воды.Ясен пень, что в условиях рельефа дальность будет непредсказуема. Наприимер, не дальше противоположного склона ущелья...

Ответ от 2 ответа [гуру]

Привет! Вот подборка тем с ответами на Ваш вопрос: на какое расстояние видит человеческий глаз (в норме)?

Ответ от Dee [гуру]
В принципе бесконечно далеко. Здоровый человеческий глаз способен прочитать нижние строчки таблицы для проверки зрения.

Ответ от FingerScan Polunin [гуру]
Учеными доказано, что глаз способен отреагировать на попадение на сетчатку глаза всего 1 фотона!В своё время этим занимался Вавилов. Его опыты показали, что для появления светового ощущенияу обычного нетренированого человека нужно чтобы на сетчатку попало около 5-7 фотонов в одну и ту же область.Но существуют методики, как повысить порог чувствительности зрения.Один из вариантов - это адаптация зрения к темноте (человека садят минимум на 30 мин в темноту)А если вы серьезно занимаетесь своим зрением, то сможете обойтись и без полной темноты(например, используя упражнение "пальминг").После этого человек способен улавливать единичные фотоны на сетчатке глаза.Если перейти к цифрам, про которые вы спрашивали, то ситуация следующая:с расстояния 7 км от горящей свечи в глаз человека в полной темноте попадает как раз 1 фотон.Получается, что тренированный человек в полной темноте способен с 7 км разглядеть свечу.Обычный нетренерованный глаз способен различить этак 5-7 свечек, горящих рядом.Вот вам и ответ.

Ответ от Инна В [гуру]
Фотографические параметры человеческого глаза и некоторые особенности его строенияЧувствительность (ISO) человеческого глаза динамически изменяется в зависимости от текущего уровня освещения в пределах от 1 до 800 единиц ISO. Время полной адаптации глаза к тёмной обстановке занимает около получаса.Количество мегапикселей у человеческого глаза составляет порядка 130, если считать каждый фоточувствительный рецептор за отдельный пиксель. Однако центральная ямка (fovea), являющаяся наиболее чувствительным к свету участком сетчатки и отвечающяя за ясное центральное зрение имеет разрешение порядка одного мегапикселя и охватывает около 2 градусов обзора.Фокусное расстояние равняется ~22-24мм.Размер отверстия (зрачка) при открытой радужной оболочке равно ~7мм.Относительное отверстие равняется 22/7 = ~3.2-3.5.Шина передачи данных от одного глаза до мозга содержит порядка 1.2 миллиона нервных волокон (аксонов) .Пропускная способность канала от глаза до мозга составляет около 8-9 мегабит в секунду.Углы обзора одного глаза составляют 160 x 175 градусов.В сетчатке глаза человека содержится приблизительно 100 миллионов палочек и 30 миллионов колбочек. или 120 + 6 по альтернативным данным.Ко́лбочки - один из двух типов фоторецепторных клеток сетчатки глаза. Свое название колбочки получили из-за конической формы. Их длина около 50 мкм, диаметр - от 1 до 4 мкм.Колбочки приблизительно в 100 раз менее чувствительны к свету, чем палочки (другой тип клеток сетчатки) , но гораздо лучше воспринимают быстрые движения.Различают три вида колбочек, по чувствительности к разным длинам волн света (цветам) . Колбочки S-типа чувствительны в фиолетово-синей, M-типа - в зелено-желтой, и L-типа - в желто-красной частях спектра. Наличие этих трех видов колбочек (и палочек, чувствительных в изумрудно-зеленой части спектра) даёт человеку цветное зрение. Длинноволновые и средневолновые колбочки (с пиками в сине-зелёном и жёлто-зелёном) имеют широкие зоны чуствительности со значительным перекрыванием, поэтому колбочки определённого типа реагируют не только на свой цвет; они лишь реагируют на него интенсивнее других.В ночное время, когда поток фотонов недостаточен для нормальной работы колбочек, зрение обеспечивают только палочки, поэтому ночью человек не может различать цвета.Па́лочки (англ. rod cells) - один из двух типов фоторецепторных клеток сетчатки глаза, названый так за свою цилиндрическую форму. Палочки более чувствительны к свету и, в человеческом глазе, сконцентрированы к краям сетчатки, что определяет их участие в ночном и периферийном зрении.

22-08-2011, 06:44

Описание

Во времена Гражданской войны в Америке доктор Герман Снеллен разработал таблицу для проверки зрения с расстояния двадцати футов (6 м). И до сей поры таблицы, разработанные по образцу , украшают стены в кабинетах окулистов и школьных медсестер.

В девятнадцатом веке специалисты в области зрения определили, что мы должны быть способны видеть с расстояния двадцати футов (6 м) буквы высотой немного меньше, чем 1,25 см. Считается, что те, кто может видеть буквы такого размера, имеют совершенное зрение - то есть 20/20.

С того времени утекло много воды. Мир изменился кардинальным образом. Произошла научно-техническая революция, был побежден полиомиелит, человек побывал на Луне, появились компьютеры и сотовые телефоны.

Но, несмотря на самые современные технологии лазерной глазной хирургии, разноцветные контактные линзы, несмотря на постоянно увеличивающиеся требования к зрению, предъявляемые Интернетом, повседневная забота о глазах по сути остается на том же уровне, что и таблица доктора Снеллена, созданная почти сто пятьдесят лет назад.

Мы определяем силу наших мышц четкого зрения, измеряя, насколько хорошо мы можем видеть крошечные буквы на близком расстоянии.

Пятнадцатилетние подростки с нормальным зрением способны разглядеть мелкие буквы с трех или четырех дюймов. С возрастом, однако, эти силы начинают уменьшаться. В результате естественного процесса старения в возрасте где-то за тридцать мы теряем половину нашей силы четкого зрения и способны держать фокус на расстоянии от четырех до восьми дюймов (от 10 до 20 сантиметров). В течение следующих десяти лет мы снова теряем половину нашей силы, и наш фокус сползает до шестнадцати дюймов (40 см). В следующий раз мы теряем половину нашего четкого зрения обычно между сорока и сорока пятью годами. В этот период фокус увеличивается до тридцати двух дюймов (80 см), и внезапно наши руки оказываются слишком короткими, чтобы позволить нам читать. Хотя множество пациентов, которых я видел, утверждали, что проблема заключалась скорее в их руках, чем глазах, все они предпочли обзавестись очками для чтения, нежели подвергнуться хирургической операции по удлинению рук.

Однако не только пожилые люди нуждаются в увеличении силы зрительных мышц. Иногда я встречаю молодых людей и даже детей, которым необходимо значительно увеличить эту силу, чтобы читать или учиться, не испытывая усталости. Чтобы сразу же получить представление о силе вашего собственного зрения, закройте один глаз рукой и приблизьтесь к таблице для определения остроты зрения на близком расстоянии так, чтобы вы могли рассмотреть буквы на строке 40. Теперь закройте другой глаз и повторите процесс. Если вы носите очки для чтения, во время проверки наденьте их. После того, как вы позанимаетесь упражнениями для тренировки четкого зрения в течение двух недель, повторите проверку аналогичным образом и отметьте, произошли ли какие-либо изменения.

Гибкость

Те, у кого предметы расплываются перед глазами в течение первых нескольких секунд, когда они оторвутся от книги или от компьютера, испытывают трудности с гибкостью мышц четкого зрения. Если ваши хобби или работа требуют частой перемены фокусировки глаз и очертания предметов приобретают четкость не мгновенно, то вы, вероятно, потеряли уже много часов в ожидании, когда ваше зрение снова станет четким. Например, студенту, которому требуется больше времени, чем другим, чтобы, переведя глаза от доски, сфокусироваться на своей тетради, потребуется больше времени, чтобы сделать задание, написанное на доске.

Выносливость

Как я уже говорил раньше, недостаточно уметь назвать полдюжины букв на таблице во время проверки. Вы должны уметь сохранять четкость зрения в течение какого-то времени, даже если вы можете прочитать строку 20/10. Тем, у кого есть проблемы с выносливостью, трудно сохранять четкость зрения при чтении или управлении автомобилем. Обычно они видят предметы нечетко, у них воспаляются глаза и даже бывают головные боли, когда им необходимо в течение долгого времени что-либо тщательно рассматривать. Степень легкости, с какой вы можете выполнять упражнения, описанные во второй половине этой главы, даст вам представление и о гибкости, и о выносливости вашего зрения.

В я рассказал историю о Билле и о том, как его зрение ухудшилось из-за долгого сидения в Интернете. Это был пример того, как зрение 20/20 можно назвать хорошей стартовой позицией, но это лишь стартовая позиция. Наличие зрения 20/20 не гарантирует, что предметы будут четкими, когда мы оторвем глаза от книги или от монитора компьютера, или что мы не будем страдать от головных болей или неприятного ощущения в желудке при чтении. Наличие зрения 20/20 не гарантирует, что мы можем хорошо рассмотреть, что написано на дорожных знаках ночью, или видеть так же хорошо, как и другие люди.

Самое большее, что может гарантировать зрение 20/20, - это то, что мы можем, находясь на расстоянии от таблицы, созданной в девятнадцатом веке, удерживать зрение в фокусе достаточно долго, чтобы прочитать шесть или восемь букв.

«Так почему же мы должны соглашаться на зрение 20/20 ?» - спросите вы.

Мой ответ, конечно же: «А действительно, почему ?»

Зачем соглашаться на воспаленные глаза или головные боли во время работы на компьютере? Зачем соглашаться на дополнительные усилия, которые исподволь изматывают нас, когда мы читаем, и заставляют нас чувствовать себя в конце дня как выжатый лимон? Зачем соглашаться на напряжение, с которым мы стараемся разглядеть дорожные знаки, когда двигаемся вечером в потоке транспорта? Разве не нужно было похоронить эту ветхозаветную таблицу для проверки зрения еще задолго до конца двадцатого столетия? Короче говоря, почему мы должны соглашаться с тем, что наше зрение не соответствует эре Интернета?

Что ж, если вы хотите, чтобы качество вашего зрения соответствовало требованиям двадцать первого века, - тогда пришло время поработать над гибкостью ваших глазных мышц.

Но прежде чем начать, позвольте мне предостеречь вас. Как и в случае с любыми другими упражнениями, испытание ваших глазных мышц может вначале вызвать боль и неприятные ощущения. Ваши глаза могут гореть от напряжения. Вы можете почувствовать небольшую головную боль. Даже ваш живот может воспротивиться упражнениям, потому что им управляет та же самая нервная система, что управляет фокусировкой ваших глаз. Но если вы не отступитесь и будете продолжать заниматься в течение семи минут в день (по три с половиной минуты на каждый глаз), боли и неприятные ощущения постепенно уйдут, и вы перестанете их испытывать не только во время выполнения упражнений, но и в течение остального времени дня тоже.

Точность. Сила. Гибкость. Выносливость . Вот какие качества ваши глаза приобретут в результате занятий фитнесом для глаз.

Ну что ж. Сказано уже достаточно. Давайте приступим. Даже если вы решите сначала перелистать всю книгу целиком, а заниматься начнете позже, я все же рекомендую вам сразу попробовать выполнить упражнение «Четкое зрение I» - просто чтобы получить представление о том, как работают ваши глазные мышцы. Или если вы предпочитаете не вставать с места, то попробуйте сделать упражнение «Четкое зрение III» - только не очень напрягайтесь.

Когда вы будете знакомиться с упражнениями, приведенными в этой книге, не читайте описание всего упражнения сразу. Прежде чем читать описание следующего этапа упражнения, выполните предыдущий. Лучше выполнять упражнение, а не просто читать о нем. Так вы не запутаетесь, и у вас все получится.

Комплекс упражнений «Четкое Зрение»

Четкое зрение 1

Предлагаю вам три таблицы для тренировки четкости зрения: таблицу с большими буквами для тренировки дальнего зрения и две таблицы (А и В) с маленькими буквами для тренировки ближнего зрения. Вырежьте их из книги или сделайте копии.

Если вы не нуждаетесь в очках, это прекрасно! Для этих упражнений они вам не понадобятся. Если вам прописали очки для постоянного ношения, то будьте в них, выполняя упражнения. Если у вас очки с небольшими диоптриями и ваш врач сказал, что вы можете носить их, когда хотите, и вы предпочитаете обходиться без них, то и упражнение попробуйте выполнять также без очков.

А если вы предпочитаете их носить, то и упражнение выполняйте также в них.

Выполняйте упражнение в следующем порядке:

1. Прикрепите таблицу для тренировки дальнего зрения к хорошо освещенной стене.

2. Отойдите от таблицы на такое расстояние, чтобы вы могли хорошо видеть все буквы - примерно от шести до десяти футов (1,8 м до 3 м).

3. Держите таблицу для проверки ближнего зрения в правой руке.

4. Закройте левый глаз левой ладонью. Не прижимайте ее к глазу, а согните так, чтобы оба глаза оставались открытыми.

5. Приблизьте таблицу А так близко к глазу, чтобы вам было удобно читать буквы - примерно от шести до десяти дюймов (15 см до 25 см). Если вам больше сорока лет, то вам, вероятно, придется начинать с шестнадцати дюймов (40 см).

6. В этом положении (с закрытым ладонью левым глазом, стоя на таком расстоянии от таблицы для проверки дальнего зрения, чтобы вы свободно могли читать ее, и с таблицей А, приближенной к глазам так близко, чтобы вам было удобно читать ее) прочитайте первые три буквы на таблице для проверки дальнего зрения: Е, F, Т.

7. Переведите глаза на таблицу для проверки ближнего зрения и прочитайте следующие три буквы: Z, А, С.

9. Закончив чтение таблиц правым глазом (и потратив на это три с половиной минуты), возьмите ближнюю таблицу в левую руку, а правый глаз закройте ладонью, опять же не нажимая на него, а так, чтобы он под ладонью оставался открытым.

10. Прочитайте таблицы левым глазом, по три буквы за раз, так же, как вы читали их правым глазом: Е, F, Т - дальняя таблица, Z, А, С - ближняя таблица и т.д.

Во время выполнения упражнения «Четкое зрение I» вы заметите, что сначала, переводя взгляд с одной таблицы на другую, вам будет требоваться несколько секунд, чтобы сфокусироваться на них. Каждый раз, когда вы смотрите вдаль, вы расслабляете глазные мышцы и напрягаете их, когда рассматриваете что-то на близком расстоянии. Чем быстрее вы можете перефокусировать взгляд, тем выше гибкость ваших глазных мышц. Чем дольше вы можете выполнять упражнение, не испытывая усталости, тем больше выносливость ваших глазных мышц. Работая с таблицами, вы держите их на удобном для себя расстоянии, для того чтобы привыкнуть напрягать и расслаблять глазные мышцы, не напрягая при этом глаза. По крайней мере вначале, работайте с этим упражнением не дольше семи минут в день - по три с половиной минуты каждым глазом. Постепенно отодвигайтесь все дальше от большой таблицы, а маленькую подносите к глазам все ближе. Как только вы сможете выполнять это упражнение, не испытывая дискомфорта, вы готовы переходить к упражнению «Четкое зрение II».

Четкое зрение 2

Целью упражнения «Четкое зрение I» было научиться быстро и без напряжения перемещать фокус зрения на разные расстояния. Этот навык также поможет вам удерживать фокус при чтении, при вождении автомобиля или когда вам нужно рассмотреть детали какого-либо объекта. Выполняя упражнение «Четкое зрение И», вы еще больше расширите диапазон четкости и увеличите силу и точность зрения.

Работая над упражнением «Четкое зрение II» , следуйте той же процедуре из десяти шагов, что и в упражнении «Четкое зрение I», лишь за некоторыми исключениями, а именно: в шаге 2 отойдите от большой таблицы на такое расстояние, пока едва сможете распознавать буквы. Например, если в упражнении «Четкое зрение I» вы могли легко видеть буквы, стоя на расстоянии десяти футов (3 м) от таблицы, теперь встаньте на расстояние двенадцать футов (3,6 м) от нее. По мере того как вы начнете видеть лучше, продолжайте отодвигаться от таблицы, пока не сможете читать буквы на расстоянии двадцати футов (6 м).

Аналогичным образом в шаге 5: вместо того чтобы держать маленькую таблицу в руках так близко, чтобы вам было удобно читать ее, теперь придвиньте ее к глазам на несколько сантиметров ближе, то есть на такое расстояние, чтобы вам нужно было прилагать усилия, читая буквы. Работайте, пока не сможете читать таблицу на расстоянии около четырех дюймов (10 см) от глаз. Если вам больше сорока лет, вероятно, вы не сможете читать таблицу на расстоянии четырех дюймов. Вам, возможно, придется тренироваться на расстоянии шесть (15 см), или десять дюймов (25 см), или даже шестнадцать дюймов (40 см). Вы сами должны будете определить нужное расстояние. Убедитесь только, что вы держите таблицу на столь близком расстоянии от глаз, что можете едва различать буквы. По мере тренировок вы расширите ваш диапазон четкого зрения.

Когда вы можете стоять на расстоянии десять футов (3 м) от таблицы для проверки дальнего зрения и четко видеть все буквы, острота вашего зрения будет составлять 20/20. Если вы сможете отступить от нее еще немножко - на тринадцать футов (3,9 метра) и все еще видеть буквы, ваше зрение будет равно приблизительно 20/15. И, наконец, если вы можете четко видеть буквы на таблице на расстоянии двадцать футов (6 м), это значит, что острота вашего зрения удвоилась по сравнению с теми близорукими учеными девятнадцатого века, то есть ваше зрение составляет 20/10 - вы можете видеть с двадцати футов то, что они могли увидеть лишь с десяти.

Четкое зрение III

Упражнение «Четкое зрение III» предназначено для того, чтобы еще больше увеличить точность, силу, гибкость и выносливость ваших глаз в пределах досягаемости вытянутой руки. Его можно легко выполнять, сидя за рабочим столом.

Используйте таблицу «В» для определения четкости ближнего зрения. Если у вас есть очки для чтения, выполняйте упражнения в них. Если таблица В слишком мала, чтобы вы могли разглядеть на ней буквы даже в очках, тогда используйте таблицу А.

Выполните следующие шаги.

1. Закройте один глаз ладонью.

2. Приблизьте к другому глазу таблицу В так близко, чтобы вам удобно было читать буквы.

3. Мягко моргните и посмотрите, сможете ли вы приблизить к себе таблицу еще немного, но так, чтобы вы могли все же удерживать фокус.

4. Затем отодвиньте от себя таблицу так далеко, чтобы вам было все еще удобно читать буквы - по возможности на расстояние вытянутой руки.

5. Мягко моргните и посмотрите, сможете ли вы отодвинуть от себя таблицу еще немного, но так, чтобы вы могли все же удерживать фокус.

7. Закончив выполнять упражнение одним глазом, закройте его ладонью и повторяйте всю процедуру другим глазом в течение еще трех минут.

8. Наконец, в течение одной минуты, открыв оба глаза, перемещайте таблицу то дальше, то ближе к глазам.

Закончив упражнение «Четкое зрение I», вы можете чередовать упражнения, выполняя в один день упражнение «Четкое зрение II», а в другой - «Четкое зрение III», тратя на каждое по семь минут.

График выполнения упражнений

Подробнее о графике ваших занятий я расскажу в главе 10, но если вы хотите приступить сейчас, то работайте с упражнениями по семь минут в день, в одно и то же время. В этом случае вы уже будете на пути к лучшей тренированности вашего зрения даже раньше, чем закончите читать эту книгу.

Статья из книги:

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).

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.

Предлагаем вам узнать 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.

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.

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).

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.

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).

Сколько цветов мы видим?

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.

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.)

Сколько нам нужно фотонов, чтобы увидеть источник света?

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.

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.

Самый маленький и самый удаленный видимые объекты

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".

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.

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.

Предел остроты зрения

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.

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.

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.

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».

Сколько минимум фотонов нам нужно видеть?

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

«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».

Все отдельные звезды, которые мы видим в ночном небе, находятся в нашей галактике - . 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).