Ричард Фейнман - 3a. Излучение. Волны. Кванты

Фиг. 35.2, Структура сетчатки (свет входит снизу}

На фиг. 35.2 в увеличенном масштабе показана структура сетчатки. Различные части сетчатки имеют разную структуру. На периферических частях сетчатки наиболее часто встречаются удлиненные объекты, называемые палочками. Ближе к желтому пятну, кроме палочек, попадаются еще колбочки. Позже мы опишем структуру этих элементов. Чем ближе к желтому пят­ну, тем больше становится колбочек, а в самом желтом пятне фактически имеются одни только колбочки, лежащие столь тесно, что здесь они много мельче, или уже, чем в других местах сетчатки. Следовательно, в центре поля зрения мы видим с помощью колбочек, а на периферии в восприятии света участ­вуют палочки. Интересно, что любая чувствительная к свету клетка в сетчатке не связана со зрительным нервом непо­средственно, а соединена с другими клетками, которые в свою очередь соединены между собой. Существует несколько типов клеток: одни несут информацию к зрительному нерву, а другие связаны между собой в основном в «горизонтальном» направлении. Всего имеется четыре типа клеток, но мы сейчас не будем об этом говорить подробно, а только подчеркнем основ­ную идею: что световой сигнал уже на этом этапе «продумыва­ется». Иначе говоря, информация, полученная от различных клеток, не сразу поступает в мозг от каждой точки в отдель­ности, а частично осмысливается в сетчатке путем комбиниро­вания информации от нескольких зрительных рецепторов. Важ­но понять, что сам глаз выполняет часть функций осмысливания, свойственных головному мозгу.

§ 2. Цвет зависит от интенсивности

Одним из самых примечательных свойств зрения является способность глаза привыкать (адаптироваться) к темноте. Когда из ярко освещенной комнаты мы входим в темную, то некоторое время мы ничего не видим, и лишь постепенно окружающие предметы начинают вырисовываться все явственнее, и в конце концов мы начинаем замечать то, чего раньше совсем не видели. При очень слабом свете предметы кажутся лишенными окраски. Было установлено, что зрение в условиях темновой адаптации осуществляется почти исключительно с помощью палочек, а в условиях яркого света — с помощью колбочек. В результате мы распознаем целый ряд явлений, связанных с передачей функции зрения от палочек и колбочек, действующих совмест­но, к одним только палочкам.

Во многих случаях объекты, которые считаются одноцвет­ными, при увеличении интенсивности света могут приобрести окраску и стать изумительно красивыми. Например, изображе­ние какой-нибудь слабой туманности в телескопе обычно ка­жется «черно-белым», однако астроному Миллеру из обсер­ваторий Маунт Вильсон и Паломар удалось благодаря своему терпению получить цветные снимки нескольких туманностей. Никто никогда не видел окраски туманностей своими глазами, но это не значит, что цвета созданы искусственным путем, просто интенсивность света была слишком мала, чтобы колбоч­ки наших глаз могли определить цвет. Особенно красивы Кольцевидная и Крабовидная туманности. На снимке Кольце­видной туманности центральная часть окрашена в прекрасный синий цвет и окружена она ярким красным ореолом, а на сним­ке Крабовидной туманности на фоне голубоватой дымки пе­ремежаются яркие красно-оранжевые нити.

При ярком свете чувствительность палочек, по-видимому, очень мала, но в темноте с течением времени они приобретают способность видеть. Относительные изменения интенсивности, к которым глаз может приспосабливаться, превышают один миллион раз. Природа придумала для этой цели два рода кле­ток: одни видят при ярком свете и различают цвета — это колбочки, другие приспособлены видеть в темноте — это па­лочки.

Отсюда возникают интересные следствия: первое — это обесцвечивание предметов (в слабом свете), а второе — разли­чие в относительной яркости двух предметов, окрашенных в разные цвета. Оказывается, палочки видят синий конец спект­ра лучше, чем колбочки, но зато колбочки видят, например, темно-красный цвет, тогда как палочки его совершенно не могут увидеть. Поэтому для палочек красный цвет — все равно что черный. Если взять два листка бумаги, скажем красный и синий, то в полутьме синий будет казаться ярче красного, хотя при хорошем освещении красный листок гораздо ярче синего.

Фиг. 35.3. Спектральная чувствительность глаза. Сплошная кривая — на свету; пунктирная — в темноте.

Это совершенно поразительное явление. Если мы в темноте рассматриваем ярко раскрашенную обложку журнала и представляем себе ее расцветку, то на свету все становится совершенно неузнаваемым. Описанное выше явление называ­ется эффектом, Пуркинье.

На фиг. 35.3 пунктирная кривая характеризует чувствитель­ность глаза в темноте, т. е. чувствительность за счет палочек, а сплошная кривая относится к зрению на свету. Видно, что мак­симальная чувствительность палочек лежит в области зеленого цвета, а колбочек — в области желтого цвета. Поэтому красный листок (красный цвет имеет длину волны около 650 ммк), хо­рошо видный при ярком свете, почти совсем не виден в темноте.

Тот факт, что зрение в темноте осуществляется с помощью палочек, а в окрестности желтого пятна палочек нет, проявля­ется еще и в том, что мы видим в темноте предметы, находящиеся прямо перед нами, не столь отчетливо, как предметы, располо­женные сбоку. Слабые звезды и туманности иногда бывает лег­че заметить, если смотреть на них несколько вбок, потому что в центре сетчатки палочек почти совсем нет.

Уменьшение числа колбочек к периферии глаза в свою оче­редь приводит еще к одному интересному эффекту — на краю поля зрения даже яркие предметы теряют свою окраску. Этот эффект легко проверить. Зафиксируйте свой взгляд в каком-то определенном направлении и попросите приятеля, чтобы он подошел к вам сбоку, держа в руке ярко раскрашенные листки. Попробуйте определить цвет листков, прежде чем они окажутся прямо перед вами. Вы обнаружите, что сами листки увидели задолго до того, как смогли определить, какого они цвета. Лучше, если ваш приятель будет входить в поле зрения со сто­роны, противоположной слепому пятну, иначе возникнет путаница: вы начнете уже различать цвета, и вдруг все исчез­нет, а затем листки снова появятся и вы ясно различите их цвет.

Интересно также, что периферия сетчатки исключительно чувствительна к движению объектов зрения. Хотя мы плохо видим, когда смотрим искоса, одним уголком глаза, тем не менее сразу замечаем летящего сбоку жука или мошку, даже если вовсе не ожидали увидеть что-либо на этом месте. Нас так и «тянет» посмотреть, что это там мелькает на краю поля зрения.