Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

Желтый и синий — это пара так называемых оппозитных цветов , потому что, когда передача желтого подавляется, мозг воспринимает синий цвет. Таким образом, когда нервные пути палочек подавляют передачу желтого цвета от колбочек, расположенных вдоль дуги, мозг воспринимает дуги как синие. Позже, когда эти колбочки становятся неактивными (глаза адаптируются к темноте), палочкам уже нечего подавлять, и дуга воспринимается как серая.

Посмотрите через желтый фильтр на белый лист бумаги. Затем быстро замените этот фильтр на синий. Вы сразу увидите пятно Максвелла — маленькое темное или желтое пятно, лежащее на линии зрения. Вы сможете увидеть это пятно, используя и другие пары цветных фильтров, но обязательно второй фильтр из этой пары должен пропускать больше синего света, чем первый. Почему возникает пятно Максвелла?

ОТВЕТ •Возможное объяснение происхождения пятна Максвелла заключается в том, что фоторецепторы-палочки влияют на информацию о цвете, отправляемую в мозг фоторецепторами-колбочками. Когда вы первый раз смотрите на белую бумагу через желтый фильтр, желтый свет, входящий в глаз, активирует колбочки и всю остальную зрительную систему, которая отвечает за восприятие желтого света.

Сразу после того как вы заменяете желтый фильтр на синий, эти колбочки все еще остаются активными. И уже когда синий свет попадет в глаза, другие колбочки начинают посылать сигналы о синем цвете в мозг. Но и палочки также реагируют на синий свет, причем больше, чем на желтый. Хотя они не могут отправить в мозг сигналы о цвете (они посылают только сигналы о яркости), их активация может подавлять желтый сигнал от колбочек, которые все еще активированы предыдущей засветкой желтым светом.

Желтый и синий называются оппозитными цветами , потому что, когда передача желтого подавлена, мозг воспринимает синий цвет. Таким образом, когда палочки препятствуют передаче сигнала о желтом цвете из колбочек, мозг «видит» синий цвет. Так как он еще получает сигнал о синем цвете и от других колбочек, которые активируются синим светом, теперь глазу синий свет кажется ярче, чем он есть на самом деле.

Поскольку в центральной глазной ямке (участке сетчатки, в который упирается линия зрения) нет палочек, добавочный синий цвет ею не воспринимается. По контрасту с остальной сетчаткой центральная ямка воспринимается желтой из-за того, что желтый — оппозитный цвет к синему. Эта кажущаяся окраска и есть пятно Максвелла.

Находясь в космосе, космонавты сообщали о том, что, когда глаза адаптировались к темноте, они видели вспышки света в виде точек, звезд или двойных звезд, а иногда вспышки заполняли б о льшую часть поля зрения. Эти картины порождались космическими лучами, проходящими через глаза космонавтов. Космические лучи — это частицы, в основном протоны, образующиеся в космическом пространстве и обычно летящие с огромными скоростями.

Подобные картины наблюдались и в исследовательских лабораториях, когда быстрые частицы направлялись в глаз испытуемого. Как образуются эти вспышки? Сталкиваются ли эти частицы непосредственно с фоторецепторами сетчатки, заставляя их передавать сигналы в мозг, или они создают свет внутри глаза, который затем улавливается фоторецепторами? Могут ли подобные вспышки увидеть альпинисты в высоких горах или пассажиры самолетов?

ОТВЕТ •Вспышки, наблюдаемые космонавтами, могут быть вызваны светом, испускаемым при пролете чрезвычайно быстрых частиц через стекловидное тело (прозрачная среда, заполняющая глазное яблоко) и сетчатку. Скорости частиц превышают скорость распространения света в глазу (она меньше скорости распространения света в вакууме в n раз, где n — показатель преломления), в результате в стекловидном теле может возникнуть так называемое черенковское излучение , которое и регистрируется фоторецепторами на сетчатке. В 1958 году Павел Черенков, Игорь Тамм и Илья Франк были удостоены Нобелевской премии по физике с формулировкой: «За открытие и истолкование эффекта Черенкова».

Такие вспышки света наблюдались в экспериментах, когда высокоскоростные мюоны (частицы, похожие на электроны, но в 207 раз более тяжелые) направлялись в глаз испытуемого. Кроме того, частицы, даже медленные, могут создавать вспышки, если они сталкиваются непосредственно с фоторецепторами на сетчатке. Но никто не рассказывал о том, что видел вспышки света во время полетов в самолете, даже на полярных маршрутах на большой высоте, где из-за большой широты облучение выше.

Почему ночью панель управления на капитанском мостике корабля обычно подсвечивается темно-красным светом, то есть светом с длиной волны на красном краю видимого спектра?

ОТВЕТ •Несмотря на то что фоторецепторы-колбочки плохо функционируют в условиях слабой освещенности, фоторецепторы-палочки такой свет уловить могут. Однако, чтобы видеть при очень слабом свете, нужно дать возможность палочкам адаптироваться к темноте, то есть выключить свет не меньше чем на 10 минут, и тогда они станут максимально чувствительными к источникам слабого света. Поскольку палочки не активируются светом на красном краю видимого спектра, ночью панели управления обычно подсвечиваются именно красным светом. Когда капитан смотрит на панель управления, колбочки могут активироваться, а палочки нет. Таким образом, палочки готовы к тому, чтобы капитан в любой момент в темноте мог разглядеть опасность.

Герой комиксов Супермен с помощью испускаемых из глаз рентгеновских лучей может видеть то, что происходит за сплошной стеной. Здесь мы не будем обсуждать, могут ли глаза испускать рентгеновские лучи, а сосредоточимся на более легком вопросе: можно ли обнаружить что-то или кого-то, находящегося за стеной, с помощью рентгеновских лучей?

ОТВЕТ •Чтобы Супермен смог уловить лучи, идущие обратно к нему, скажем, от преступника, находящегося по ту сторону стены, преступнику нужно отражать лучи. Но это означает, что стена тоже будет отражать лучи. Вы можете сказать, что любой материал может частично пропускать, а частично отражать лучи. Тогда часть лучей пройдет через стену, часть прошедших лучей отразится от преступника, и после того как немногие сохранившиеся лучи пройдут обратно через стену, они наконец достигнут Супермена. Беда в том, что оставшихся лучей будет так мало, что они будут маскироваться множеством лучей, отраженных стеной и всеми объектами, окружающими преступника со всех сторон. Даже если Супермен сможет каким-то чудом мысленно обработать все лучи и на фоне всех шумов выделить изображение преступника, все еще останется существенная проблема: как глаза Супермена смогут поглотить лучи, если их так легко отразить и пропустить? Наконец, рентгеновское излучение вообще не отражается от материалов, разве что при почти скользящем падении… Я, конечно, понимаю, что комиксы лучше читать, а не анализировать.