Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

Если ночью смотреть прямо на источник яркого света, вокруг него можно увидеть кольца (гало). Если смотреть на него сквозь окно, на котором выступил конденсат, появится другая система колец. Диаметры первых пяти колец (если измерять в градусах дуги) в поле вашего зрения могут быть равны, например, 2,5°, 4,5°, 5,5°, 6,0° и 9,0°. Кольца имеют больший размер в красном свете, чем в голубом. Так что если источник испускает белый свет, кольца могут быть окрашены в красный с наружной стороны и голубой с внутренней. Почему появляются кольца?

На некоторых картинах Винсента Ван Гога вокруг источников света изображены кольца: такие кольца вокруг солнца можно увидеть на картине «Красные виноградники в Арле», а вокруг звезд — на картине «Звездная ночь». Одна из причин, почему художник изобразил на картине кольца, — желание создать у зрителя впечатление светящихся объектов. Однако говорят, что художник действительно видел эти кольца, поскольку его зрение было нарушено приемом дигиталиса в небезопасных дозах.

Почему вокруг пламени свечи, если смотреть на него в темной комнате, виден светящийся ореол? Известно, что звезды мерцают из-за турбулентности атмосферы, но почему когда мы смотрим на них, то обычно видим, как от них по радиусам расходятся яркие лучи?

ОТВЕТ •Кольца вокруг источников яркого света, образующиеся при дифракции света на маленьких неоднородностях внутри глаза, называются энтопическим гало . Дифракция возникает, когда световые волны на пути к сетчатке обходят маленькое препятствие и складываются в картину, состоящую из ярких и темных концентрических колец вокруг яркого центрального пятна. Светлые области — там, где световые волны усиливают друг друга, а темные — там, где гасят друг друга. Центральное световое пятно неразличимо, поскольку оно накладывается на гораздо более яркое изображение самого источника света. Но первое светлое кольцо увидеть можно, его угловой размер зависит от структуры неоднородности, на которой свет дифрагировал, и от расстояния от этой неоднородности до сетчатки: чем меньше неоднородность и чем больше расстояние до сетчатки, тем больше радиус кольца.

Если видно несколько колец, значит, дифракция возникла на нескольких неоднородностях с разными размерами и разными расстояниями до сетчатки. Никто точно не знает, какая именно неоднородность привела к дифракции. Это могли быть клетки эпителия роговицы (их размеры лежат в диапазоне 10–40 микрон), клетки эндотелия роговицы, царапины на роговице или волокна хрусталика.

Дифракция света внутри глаза ответственна и за появление слабого светящегося ореола вокруг пламени свечи, и за яркие, расходящиеся от звезды или другого маленького, яркого, очень далекого объекта лучи. Эти дифракционные картины, возможно, появляются из-за нерегулярностей в швах, соединяющих волокна, на передней поверхности хрусталика.

Иногда заключенных в темных камерах посещают яркие световые видения — красочные или испещренные цветными пятнами картины, называемые фосфенами . Водители-дальнобойщики тоже, случается, видят такие картины, если перед тем они долго смотрели на заснеженное полотно дороги. На самом деле, когда в поле зрения долго не попадают никакие объекты, всегда возникают фосфены.

Головные боли (мигрени) и некоторые галлюциногенные препараты также могут вызывать фосфены. Подобные картины могут возникать, если человек (точнее, его голова) ускоренно движется. Об этом рассказывают пилоты и космонавты. Фосфены можно при желании вызвать, слегка надавив на закрытое веко. (Не давите сильно, чтобы не повредить глаза, и никогда не надавливайте на веки, если носите контактные линзы!)

Фосфены могут появляться, когда человек смотрит на мигающий свет, например от стробоскопа на рок-концерте или в танцевальном клубе. Когда я смотрю на стробированный свет, мерцающий с частотой от 10 до 30 раз в секунду, перед глазами начинают мелькать живописно раскрашенные геометрические узоры. (Ради безопасности я закрываю глаза, когда смотрю на стробоскоп: свет такой яркий, что он проходит и через веки.) Иногда я вижу узор в виде шахматной доски с квадратами, иногда — в виде шестиугольников или треугольников. При медленных миганиях фосфены имеют вид завитков. Они исчезают, если частота миганий увеличивается. Чтобы увидеть сложные геометрические картины, должны освещаться оба глаза. Если освещается только один глаз, возникают простые картины, составленные из линий и завитков.

Согласно некоторым литературным источникам, фосфены могут возникать, если через голову пропустить слабый электрический ток. Я никогда не пробовал проводить этот опасный эксперимент, и вы не должны этого делать. В XVIII веке фосфеновые вечеринки были в большой моде (однажды на такую вечеринку зашел даже Бенджамин Франклин). Люди становились в круг и брались за руки, после чего к крайним в цепочке прикладывалось высокое напряжение от электростатического генератора, который мог генерировать лишь весьма слабый ток. Каждый раз, когда цепь замыкалась и через них шел ток, они видели фосфены.

Еще более экстравагантными и весьма опасными были опыты психолога Йоханнеса Пуркинье, проведенные им над самим собой в 1819 году. Один электрод он прикладывал ко лбу, а другой вставлял в рот и периодически разрывал соединение, так что через его голову проходили импульсы тока, вызывавшие фосфеновые картины. (Никогда не повторяйте подобные эксперименты: при разрыве цепи даже низковольтного источника может генерироваться высокое напряжение, если нагрузка индуктивная; для этого эффекта в электротехнике есть даже специальное название — «экстратоки размыкания».)

Как образуются фосфены?

ОТВЕТ •Когда вы надавливаете на закрытое веко, стекловидное тело, заполняющее глазное яблоко, давит на сетчатку или нервные окончания, посылая в мозг сигналы, как при попадании в глаз света. Таким образом, человек может воспринимать свет, даже когда свет в его глаз не попадает.

Фосфены появляются и когда вы смотрите на мерцающий свет. Более сложные геометрические узоры возникают, когда свет падает на оба глаза. Значит, эти картины рождаются в результате обработки мозгом сигналов, полученных от обоих глаз. Геометрические узоры возникают из-за того, что нервные сигналы активируют в головном мозге участки, отвечающие за восприятие линий и форм. Цветные фосфены возникают, когда активируются участки мозга, отвечающие за цвета. Таким образом, цвет воспринимается не только когда свет, идущий от цветных предметов, воздействует непосредственно на колбочки-фоторецепторы, расположенные на сетчатке. Не исключено, что прерывистый свет каким-то образом соответствует кодировке, отвечающей в головном мозге за цвета. Если это так, то прерывистый белый свет может возбудить цветные картины. Но все-таки вероятнее, что цветные фосфены появляются из-за взаимодействия нервных волокон в сетчатке и нервных волокон, идущих к мозгу.