Свет

Свет

ЦВЕТ, СВЕТ И ЗРЕНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ

|Введение | |

|1. Свет | |

|2. Органы зрения | |

|2.1. Основные тенденции развития органов зрения в животном | |

|мире | |

|2.2. Цветовое зрение | |

|3. Зрительный анализатор человека | |

|3.1. Строение глаза | |

|3.2. Оптическая система | |

|3.3. Адаптация | |

|3.4. Световая и цветовая чувствительность | |

|4. Фотохимическая теория зрения | |

|5. Объяснение цвета тел | |

|Заключение | |

|Список использованной литературы | |

|Приложения | |

ВВЕДЕНИЕ

Учение о свете и световых явлениях составляет раздел физики,

называемый оптикой.

Знание основных оптических законов имеем большое познавательное и

практическое значение.

Мы живем в мире разнообразных световых явлений. Многие из ни,

например такие, как вечерние зори, когда небо и облака над горизонтом как

будто пылают в огне; радуга, простирающаяся от горизонта до горизонта, или

полярные сияния, наблюдающиеся в полярных широтах, весьма красочны. Тем,

кто не знаком с причинами их возникновения, эти световые явления кажутся

необыкновенными и загадочными.

Чтобы выяснить причины тех или иных световых явлений, нужно

обнаружить связь наблюдаемого явления с другими явлениями и объяснить его

на основании определенного закона природы. Тогда загадочность явления

исчезнет, и мы приобретем о нем научное знание.

В повседневной жизни мы встречаемся со многими световыми

явлениями, но обычно не задумываемся над ними – настолько они привычны для

нас, а вот объяснить их часто затрудняемся. Например,

чайная ложка, опущенная в стакан с водой, кажется нам надломленной или

сломанной, в зависимости от того, с какой стороны мы смотрим на ложку.

А вот пример более сложного светового явления. Мы видим

окружающие нас предметы многоцветными при освещении солнцем или яркой

лампой, но с наступлением сумерек или при ослаблении света цветность

предметов блекнет.

На основе законов оптики возникла оптическая и осветительная техника.

Оптическая техника получила свое развитие благодаря изобретению

и использованию линз. Линзы составляют главную основу оптических приборов.

Каждому теперь известны очки, лупа, микроскоп, бинокль, телескоп и др.

Но самым главным и ценнейшим для нас является живой оптический

– наш орган зрения – глаз.

1. СВЕТ – ИСТОЧНИК ЗРЕНИЯ

Когда мы при дневном свете смотрим на различные тела, Тела

окружающие нас, мы видим их окрашенными в различные цвета. Так трава и

листья деревьев – зеленые, цветы – красные или синие или желтые или

фиолетовые. Есть также черные, белые, серые тела. Вс6е это не может не

вызывать удивление. Казалось бы, все тела освещены одним и тем же светом –

светом Солнца. Почему же различны их цвета

Будем исходить из того , что свет – электромагнитная волна, то

есть распространяющая переменное электромагнитное поле. В солнечном

свете содержаться волны, в которых электрическое и магнитное поля

колеблются с различными частотами.

Всякое же вещество состоит из атомов и молекул, содержащих

заряженые частицы, которые взаимодействуют друг с другом. Поскольку частицы

заряжены под действием электрического поля они могут двигаться, а если поле

переменное – то они могут совершать колебания, причем каждая частица в теле

имеет определенную собственную частоту колебаний.

Это простая, хотя не слишком точная картина позволит нам

понять, что происходит при взаимодействии света с веществом.

Когда на тело падает свет, электрическое поле, ‘принесенное’

им, заставляет заряженные частицы в теле совершать вынужденные колебания

(поле световой волны переменное). При этом у некоторых частиц их

собственная частота колебаний может совпадать с какой-то частотой колебаний

поля световой волны. Тогда, как известно, произойдет явление резонанса –

резкого увеличения амплитуды колебаний. При резонансе энергия, принесенная

волной, передается атомам тела, что в конечном счете вызывает его

нагревание. О свете, частота которого попала в резонанс говорят, что он

поглотился теплом.

Но какие то волны из падающего света не попадают в резонанс.

Однако они тоже заставляют колебаться с малой амплитудой. Эти частицы сами

становятся источником так называемых вторичных электромагнитных волн тлой

же частоты. Вторичные волны, складываясь с падающей волной, составляют

отраженный или проходящий свет.

Если тело непрозрачное, то поглощение и отражение все, что

может произойти с падающим на тело светом: не попавший в резонанс свет

отражается, попавший – поглощается. В этом и состоит “секрет” цветности

тел. Если например из состава падающего солнечного света в резонанс попали

колебания, соответствующий красному цвету, то в отраженном свете их не

будет. А наш глаз устроен так, что солнечный свет, лишенный своей красной

части, вызывает ощущение зеленого цвета. Окраска непрозрачных тел зависит,

таким образом, от того, какие частоты падающего света отсутствуют в свете,

отраженным телом.

Существуют тела, в которых заряженные частийы имеют так много

различных собственных частот колебаний, что каждая или почти каждая частота

в падающем свете попадает в резонанс. Тогда ведь падающий свет поглощается,

и отражаться просто нечему. Такие тела называют черными, то есть телами

черного цвета.

2.ОРГАНЫ ЗРЕНИЯ И ИХ ЭВОЛЮЦИЯ.

2.1Основные тенденции развития органов зрения в животном мире.

Органы многоклеточных животных (кроме губок),

обеспечивают восприятие световых раздражений. Основные элементы органов

зрения - светочувствительные клетки (фоторецепторы). Простые органы зрения

(например, у дождевых червей) состоят из светочувствительных клеток без

пигмента, рассеяных среди эпителиальных клеток наружного покрова. Они

воспринимают лишь изменения в интенсивности освещения и не реагируют на

направление падаюшего света. У пиявок образуются скопления

светочувствительных клеток, подостланные или заэкранированные пигментными

клетками, которые изолируют светочувствительные клетки от боковых лучей,

что позволяет различать не только интенсивность, но и направление падающего

света. У некоторых медуз и плоских червей органы зрения - разрозненные

светочувствительные клетки, концентрирующиеся в глазные пятна (стигмы).

Дальнейшее усложнение органов зрения привело к углублению эпителия глазного

пятна в глазной бокал. Если края его смыкаются, органы зрения принимают

форму пузырька, заполненного студнеобразным веществом, образующим

стекловидное тело. Такое постепенное развитие органов зрения характерно для

многощетинковых червей и молюсков. Зрительные клетки таких органов зрения

лежат под эпителием и вместе с пигментными клетками образуют сетчатку. У

многих членистоногих органы зрения представлены фасеточными глазами.

Дальнейшее усовершенствование пузырчатого органа зрения приводит к

увеличению числа фоторецепторов, появлению роговицы, радужной оболочки со

зрачком хрусталика, особого аккомодационного приспособления и мускулатуры,

служащей для движения самого глаза. Органы зрения развиваясь независимо в

различных филогенетических ветвях животного мира, на высших ступенях

приобретают сходное строение. При этом ведущим фактором эволюции органов

зрения по-видимому, была тенденция оптимального сочетания процессов как

большего использования энергии светового потока, таки улучшение

избирательной чувствительности

Каждое животное видит мир по-своему. Сидя в засаде,

лягушка видит только движущиеся предметы: насекомых, на которых они

охотятся, или своих врагов. Чтобы увидеть все остальное, она должна сама

начать двигаться.

Сумеречные и ночные животные (например, волки и другие

хищные звери), как правило, почти не различают цветов.

А вот стрекоза хорошо различает цвета, но только...

нижней половиной глаз. Верхняя половина смотрит в небо, на фоне которого

добыча и так хорошо заметна.

О хорошем зрении насекомых мы можем судить хотя бы по

красоте цветков растений - ведь эта красота предназначена природой именно

для насекомых-опылителей. Но мир, какими они его видят, сильно отличается

от привычного нам.

Цветки, которые опыляют пчелы, обычно не окрашены в

красный цвет: пчела этот цвет воспринимает, как мы - черный. Зато,

вероятно, многие невзрачные на наш взгляд цветы приобретают неожиданное

великолепие в ультрофиолетовом спектре, в котором видят насекомые. На

крыльях некоторых бабочек (например, лимонницы) имеются узоры, скрытые от

человеческого глаза и видимые только в ультрофиолетовых лучах.

Удивительным образом используют особенности зрения насекомых

некоторые пауки, поджидающие своих жертв внутри цветков. Разумеется,

будущая жертва, садясь на цветок, не должна замечать паука, между тем, на

брюшках многих таких пауков бросаются в глаза яркие красные пятна. Чем это

объяснить? Оказывается, когда на тех же пауков взглянули, так сказать,

глазами насекомых, пятна стали совершенно незаметными. Зато птицам, которые

могут склевать пауков, отпугивающие пятна заметны превосходно. Значит, паук

"загримирован" для насекомых, но "ярко раскрашен" для птиц.

Кстати говоря, насекомые определяют положение солнца,

чтобы находить дорогу, даже в пасмурные дни. Ультрафиолетовые лучи свободно

проходят сквозь слой облаков. Когда муравьев в ходе опыта стали облучать

сильными ультрафиолетовыми лучами, они побежали укрываться "в тень" не под

защиту пропускавшей ультрафиолет темной дощечки, а под прозрачное, на наш

взгляд, стекло, задерживающее эти лучи.

2.2. Цветовое зрение.

Важное свойство зрительного восприятия человека – видение в цвете –

объясняет теория цветного видения. Эта теория исходит из того, что в глазу

есть три типа светочувствительных приемников, отличающихся друг от друга

разной чувствительностью к разным частям спектра – красной, зеленой и сине-

голубой. Цветовое ощущение возникает в колбочках. Пока не установлено,

имеются ли приемники всех трех типов в каждой колбочке или существуют три

различных вида колбочек.

Глаз обычного человека может различать около 160 цветов.

Тренированный глаз художника и красильщика в состоянии различать свыше

10000 цветных тонов.

Встречаются люди (более 1% мужчин и около 0.1% женщин), зрение

которых характеризуется отсутствием приемников одного из указанных выше

типов. Еще реже (примерно один или миллион) встречаются люди, у которых

есть приемники лишь одного типа. Первая группа людей – дихроматы –

различают меньше цветов, чем люди с нормальным зрением; вторая –

монохроматы – совсем не различают цвета.

Для получения цветного ощущения важен не только спектральный

состав отраженного или испускаемого наблюдаемым объектом света, но и

мощность излучения других расположенных рядом предметов.

Цвет многое значит в нашей жизни. Механизм цветного воздействия

пока несет, хотя накоплено множество интересных экспериментальных факторов.

Известно, что красный цвет возбуждает, черный угнетает, зеленый

успокаивает, желтый создает хорошее настроение.

Способность человеческого организма реагировать на цвет –

основа одного из направлений натуртерапии – лечение природными средствами.

Доказано, что черный цвет может замедлить течение инсульта и малярии,

красный помогает при лечении бронхиальной астмы, кори, рожистых заболеваний

кожи, голубой замедляет пульс и понижает температуру. Больным глаукомой

полезно носит очки с зелеными стеклами, а гипертоникам – с дымчатыми.

Исследования показали, что при красном свете снижается слуховая

чувствительность человека, а при зеленом отмечено ее повышение. “Холодные”

тона стимулируют белковый обмен, а “теплые”, наоборот, тормозят. Если

школьный класс окрасить в белый, бежевый или коричневый тона, то улучшится

успеваемость и дисциплина учащихся. В производственных помещениях,

окрашенных в голубой и бежевые цвета, повышается производительность труда.

3.ЗРИТЕЛЬНЫЙ АНОЛИЗАТОР ЧЕЛОВЕКА

3.1Строение глаза.

Глаз – орган зрения, воспринимающий световые раздражения; является частью

зрительного анализатора, который включает также зрительный нерв и

зрительные центры, расположенные в коре головного мозга.

Глаз, глаз или глазное яблоко, имеет шаровидную форму и

помещается в костной воронке – глазнице. Сзади и с боков он защищен от

внешних воздействий костными стенками глазницы, а спереди – веками.

Веки представляют собой две кожные складки. В толще век

заложена плотная соединительно-тканная пластинка, а также круговая мышца,

замыкающая глазную щель. По свободному краю век растут ресницы (100 – 150

на верхнем веке и 50 – 70 на нижнем) и открываются протоки сальных железок.

Ресницы защищают глаз от попадания в него инородных тел (частиц пыли).

Внутренняя поверхность век и передняя часть глазного яблока, за исключением

роговицы, покрыта слизистой оболочкой – конъюнктивой. У верхненаружного

края глазницы расположена слезная железа, которая выделяет слезную

жидкость, омывающую глаз. Равномерному ее распределению на поверхности

глазного яблока способствует мигание век. Слезы, увлажняя глазное яблоко,

стекают по передней его поверхности к внутреннему углу глаза, где на

верхнем и нижнем веках имеются отверстия слезных канальцев (слезные точки),

вбирающие слезы. Слезные канальцы впадают в слезно носовой канал,

открывающийся в нижний носовой ход.

Движение глазного яблока и их согласованность осуществляются при помощи

шести глазных мышц. Глазное яблоко имеет несколько оболочек. Нижняя –

склера, или белочная оболочка, - плотная непрозрачная ткань белого цвета. В

передней части глаза она переходит в прозрачную роговицу, как бы

вставленную в склеру подобно часовому стеклу. Под склерой расположена

сосудистая оболочка глаза, состоящая из большого количества сосудов. В

переднем отделе глазного яблока сосудистая оболочка переходит в ресничное

(цилиарное) тело и радужную оболочку (радужку). В ресничном теле заложена

так называемая цилиарная мышца, связанная с хрусталиком (прозрачное

эластичное тело, имеющее форму двояковыпуклой линзы), и регулирующая его

кривизну. Радужка расположена за роговицей. В центре радужки имеется

круглое отверстие – зрачок. В радужке расположены мышцы, которые изменяют

величину зрачка, и в зависимости от этого в глаз попадает большее или

меньшее количество света. Ткань радужной оболочки сдержит особое красящее

вещество (пигмент) – меланин. В зависимости от его количества цвет радужки

колеблется от серого и голубого до коричневого, почти черного. Цветом

радужки определяется цвет глаз. При отсутствии в ней меланина лучи света

проникают в глаз не только через зрачок, но и через ткань радужки. При этом

глаза имеют красноватый оттенок. Недостаток пигмента в радужке часто

сочетается с недостаточной пигментацией остальных частей глаз, кожи, волос.

Таких людей называют альбиносами. Зрение у них обычно значительно понижено.

Между роговицей и радужкой, а также между радужкой и

хрусталиком имеются небольшие пространства, называемые соответственно

передней и задней камерами глаза. В них находится прозрачная жидкость – так

как называемая водянистая влага. Она снабжает питательными веществами

роговицу и хрусталик, которые лишены кровеносных сосудов. В глазу

происходит непрерывная циркуляция жидкости. Процесс ее обновления –

необходимое условие правильного питания тканей глаза. Количество

циркулирующей жидкости постоянно, что обеспечивает относительное

постоянство внутриглазного давления. Полость глаза позади хрусталика

заполнена прозрачной желеобразной массой – стекловидным телом. Внутренняя

поверхность глаза выстлана тонкой, весьма сложной по строению, оболочкой –

сетчаткой, или ретиной. Она содержит светочувствительные клетки, названные

по их форме колбочками и палочками. Нервные волокна, отходящие от этих

клеток, собираются вместе и образуют зрительный нерв, который направляется

в головной мозг.

Глаз человека представляет собой своеобразную оптическую

камеру, в которой можно выделить светочувствительный экран – сетчатку и

светопреломляющие среды, главным образом роговицу и хрусталик. Хрусталик

специальной связкой соединен с цилиарной мышцей, располагающейся широким

кольцом позади радужки. С помощью этой мышцы хрусталик меняет свою форму –

становится более или менее выпуклым и соответственно сильнее или слабее

преломляет попадающие в глаз лучи света. Это способность хрусталика

называется аккомодацией. Она позволяет отчетливо видеть предметы,

расположенные на различном расстоянии, обеспечивая совмещение фокуса

попадающих в глаз лучей от рассматриваемого предмета с сетчатой оболочкой.

Преломляющую способность глаза при покое аккомодации, то есть

когда хрусталик максимально уплощен, называют рефракцией глаза. Различают

три вида рефракции глаза: соразмерную (эмметропическую), дальнозоркую

(гиперметропическую) и близорукую (миопическую). В глазу соразмерной

рефракцией параллельный лучи, идущие от предметов, пересекаются на

сетчатке. Это обеспечивает отчетливое видение предмета. Дальнозоркий глаз

обладает относительно слабой преломляющей способностью. В нем параллельные

лучи, идущие от далеких предметов, пересекаются за сетчаткой.

В близоруком глазу параллельные лучи, идущие от далеких предметов

пересекаются впереди сетчатки, не доходя до нее.

Близорукий глаз хорошо видит только близко расположенные предметы. О

степени дальнозоркости или близорукости судят по оптической силе линзы;

приставленная к глазу в условиях покоя аккомодации, она так изменяет

направление попадающих в него параллельных лучей, что они пересекаются на

сетчатке. Оптическая сила линзы определяется в диоптриях. Различают

дальнозоркость и близорукость слабой степени (до 3 дптр), средней (от 4 до

6 дптр) и высокой (более 6 дптр). Рефракция обоих глаз не всегда бывает

одинаковой, например близорукость одного глаза и дальнозоркость другого

глаза или разная их степень на обоих глазах. Такое состояние называют

анизометропией.

Для ясного видения фокус попадающих в глаз лучей должен

совпадать с сетчаткой. Но это не единственное условие. Для различения

деталей предмета необходимо, чтобы его изображение попало на область

желтого пятна сетчатки, расположенную прямо против зрачка. Центральный

участок желтого пятна является местом наилучшего видения. Воображаемую

линию, соединяющую рассматриваемый предмет с центром желтого пятна,

называют зрительной линией, или зрительной осью, а способность одновременно

направлять на рассматриваемый предмет зрительные линии обоих глаз –

конвергенцией. Чем ближе зрительный объект, тем больше должна быть

конвергенция, то есть степень схождения зрительных линий. Между

аккомодацией и конвергенцией имеется известное соответствие: большее

напряжение аккомодацией требует большей степени конвергенции и, наоборот,

слабая аккомодация сопровождается меньшей степенью схождения зрительных

линий обоих глаз.

3.2 Оптическая система глаза.

Зная, как устроен глаз позвоночных, фотоаппарат можно изобрести

заново, настолько схожи основные принципы их устройства. Объектив нашего

глаза как и у фотоаппарата, составной. Одна часть, роговица, - с

неизменяемым фокусным расстоянием; другая, хрусталик, изменяет свою

кривизну, автоматически устанавливая резкое изображение того предмета,

который привлек наше внимание. О такой автоматике кино- и телеоператоры

могут только мечтать.

У осьминога и некоторых рыб кривизна хрусталика постоянна, и

они “наводят на резкость”, изменяя расстояние между хрусталиком и

сетчаткой; именно этот принцип используют конструкторы фотоаппаратов. У

моллюсков наутилус, живущих в тропических морях (другое название –

кораблики), совсем нет линз, и они обходятся маленьким отверстием в глазе.

Технический аналог – дырочка в стенке камеры-обскуры, фотоаппарата без

линз, который многие годы из нас сами мастерили в детстве.

Хрусталик по совместительству выполняет роль светофильтра. Он

не пропускает ультрафиолетовые лучи, которые могут повредить сетчатку, и

поэтому слегка желтый на просвет. С годами хрусталик желтеет сильнее, и

человек уже не видит всего богатства фиолетовой части спектра. Так что,

когда говорится о яркости мира ребенка, надо иметь в виду не только

психологическую свежесть восприятия, но и физически более широкий диапазон

цветовой информации. Между прочим, и слуховой диапазон у детей шире. Они

воспринимают ультразвук частотой до 40 кГц.

Но вернемся к зрению. Светосила нашего объектива (отношение

площади зрачка к квадрату фокусного расстояния) до 1:3 – это неплохо для

угла зрения около 100 в любой плоскости. У лучших фотообъективов светосила

0.8:1, но четкое изображение они дают только для угла около 45 . В прочем,

наш объектив фокусирует изображение не на плоскость, а на часть сферы, что

намного упрощает дело. Иногда из-за тех или иных дефектов глаза хрусталик

не в состоянии “навести на резкость”. Приходится ему помогать – носить

очки.

Чтобы делать хорошие снимки при разной освещенности, в

фотоаппарате предусмотрена диафрагма. В глазу ее роль выполняет радужная

оболочка – цветное колечко, середину которого называют зрачком. В

зависимости от освещенности наш зрачок автоматически меняет диаметр от 2 до

8 мм. Точно так же, как у фотоаппарата, при этом уменьшается глубина

резкости. Люди, страдающие близорукостью или дальнозоркостью в слабой

степени, хорошо знают, что на ярком свету они хорошо видят и без очков, а в

сумерках контуры предметов или букв расплываются.

Пигментный эпителий, расположенный за сетчаткой, эффективно

поглощает свет, чтобы уменьшить его рассеяние, иначе четкость изображения

ухудшилась бы. Все оптические приборы с той же целью чернят изнутри. В

глазах некоторых ночных животных светочувствительность увеличивается за

счет четкости изображения. У них глазное дно отражает лучи, прошедшие через

сетчатку. Так как оптическая плотность сетчатки равна 0.3 (около половины

падающего на нее света поглощается), то отражение от глазного дна

увеличивает количество поглощенного света еще на 25%.

Тем, кто пользуется зрением при низких освещенностях, вообще

нет смысла заботиться о четкости изображения. Шумы, обусловленные квантовой

природой света, накладывают жесткие ограничения на число деталей, которые

можно разглядеть при заданном контрасте и освещенности. Обсуждение этого

вопроса отняло бы слишком много места, но важно отметить, что зерно нашей

черно-белой “пленки” периферии сетчатки – имеет диаметр 30-40 мкм, что

соответствует требованиям, необходимым для различения в сумерках предметов,

если они отражают света на 10% больше, чем фон. При худшем освещении

сетчатка избыточна: зернистость изображения, обусловленная флуктуациям

светового потока, будет больше зрена сетчатки. При лучших освещенностях мы

переходим на цветную “пленку” – желтое пятно в центре сетчатки. Здесь

размер зерна около 2 мкм – это как раз размер дифракционного кольца,

соответствующего диаметра зрачка 2 мм. Таким образом, зерно “пленки”

соответствует максимально достижимому качеству изображения как при низких,

так при высоких освещенностях.

Отметим, что в отличие от фотоаппарата глаз обладает постоянным

временем экспозиции – около 0.1 секунды. У нас, правда, нет затвора. Время

экспозиции – это промежуток, в течение которого все фотоны, попавшие в

глаз, воспринимаются как одновременные. Поэтому две вспышки, интервал между

которыми меньше 0.1 секунды, мы воспринимаем как одну. Для того чтобы

определить это время поточнее, проводили такие эксперименты. Испытуемым

предъявляли вспышки равной энергии, но разной длительности и,

следовательно, различной интенсивности (мощности). При длительности вспышки

меньше 0.1 секунды объективное восприятие ее яркости не зависело от

длительности – весь свет воспринимался как мгновенная вспышка. При больших

длительностях восприятия яркости становится обратно пропорциональным

продолжительности вспышки, то есть определяется ее интенсивностью.

И наконец, роль колпачка играют веки, в один миг, в прямом

смысле этого слова, прикрывающие глазное яблоко при малейшей опасности.

(Миг длится приблизительно 0.1 секунда.) Слезные железы смывают пыль с

оптики и защищают глаз от бактерий. Таков наш природный оптический прибор.

3.3 Адаптация

В абсолютной темноте глаз ничего не видит. Речь пойдет об очень

слабом освещении: вечером в темной комнате, ночью на неосвещенной улице, в

поле или в лесу при свете луны и звезд. В этих условиях отражается от

предметов и попадает в наши глаза неизмеримо меньше света, чем солнечным,

ясным днем. Зрачки в темноте предельно расширены, но это не намного

увеличивает освещенность сетчатки. Расширение зрачков хотя и важный, но в

данном случае второстепенный приспособительный механизм. Большее значение

имеет он при ярком освещении, когда зрачки суживаются, ограничивая

количество света, падающего на сетчатку.

“Ничто не вечно под луной”…В конце 50-х годов были проведены

психофизические опыты, которые позволили специалистам предположить, что

адаптация не сводится лишь к изменениям концентрации зрительного пигмента

родопсина в фоторецепторах: процессы приспособления к разным условиям

яркости света гораздо сложнее, в них непременно должны участвовать и

нервные клетки сетчатки (надо сказать что, помимо палочек и колбочек,

сетчатка включает в себя по меньшей мере четыре различных типа нервных

клеток).

Подтверждение этой гипотезы не заставило себя ждать. На помощь

нейрофизиологам пришли микроэлектроды – тончайшие (в сотни раз тоньше

волоса) стеклянные трубочки, заполненные солевым раствором и соединенные с

усилителем биопотенциалов. Проводя такую “микропипетку” к отдельным нервным

клеткам и меняя при этом размер вспыхивающего на экране светового пятна,

исследователи убедились, что нейтроны сетчатки действительно активно

участвуют в процессе адаптации зрительной системы.

Под рецептивным полем нейтрона (и сетчатки, и подкорки, и коры)

понимают совокупность фоторецепторов сетчатки, сигналы с которых приходят к

данному нейтрону. Рецептивные поля есть у всех нейронов зрительной системы,

это как бы окошко, через которое нейтрон видит мир. Собственно, видят свет

в прямом смысле этого слова только фоторецепторы. Все другие зрительные

нейтроны воспринимают информацию в форме потока электрических импульсов,

бомбардирующих (не удивляйтесь, это обиходный нейрофизиологический термин)

их входы.

Только вот, у нейтронов разных отделов зрительной системы

рецептивные поля сильно различаются по размеру, а в коре человека, приматов

и хищных животных еще по форме. Нейтроны сетчатки и подкоркового

зрительного центра наблюдают мир как бы через круглые окошки-иллюминаторы.

Нейтроны сетчатки и подкоркового зрительного центра описывают

изображение поточечно. Это значит, что каждая нервная клетка этих структур,

глядя на мир через свое круглое рецептивное поле – точку, информирует о

событиях в ней высшие отделы системы.

Суть действий нейтронов-детекторов сводится к тому, что они как

бы разнимают на составные части, сводя к простым любое сложное изображение,

чтобы раздельно, независимо и параллельно проанализировать отдельные его

признаки. Естественно, что на следующих этапах переработки зрительной

информации происходит синтез перекодированных сведений в единый зрительный

образ, который затем сличается с “библиотекой” образов нашей памяти;

мозговые механизмы подают команду моторным центрам, оттуда идут приказы

речевой и мимической мускулатуре, и мы с широкой улыбкой восклицаем:

”Здравствуй, дорогой Петя!” или кисло мямлим: ”Ах это вы, Дарья Ивановна…”

До недавнего времени считалось, что свойства нейтронов-

детекторов зрительной коры жестко “запаяны”, то есть их рецептивные поля не

перестраиваются при изменении внешних условий, и поэтому эти нейтроны не

вносят сколько-нибудь существенного вклада в зрительный адаптационный

процесс. Убеждение это основывалось, в частности, на том что в период

становления детекторной нейрофизиологии эксперименты проводились, как

правило, при неизменном световом фоне; работа детекторов не исследовалась в

разных состояниях, как самой зрительной системы, так и организма в целом.

Психологи провели интересный и убедительный опыт: маленького

котенка превращали в “рикшу” – он мог бегать, куда хотел, все трогать, но

постоянно возил при этом за собой легкую тележку. В ней восседал второй

котенок, который видел все то же, что и “рикша”, но ничего не мог

потрогать. Через некоторое время ученые убедились, что в зрительном

поведении котенка-седока появились серьезные дефекты, а “рикша” развивался

нормально. На основании этих данных специалисты сделали выводы: для

полноценного развития зрительных функций в частности и познавательной

деятельности в целом важно не только видеть различные объекты внешнего

мира, но выходить с ними в непосредственный осязательный, тактильный

контакт.

Очень много для понимания роли корковых детекторов в процессах

адаптации дали также опыты. Исследуя рецептивные поля зрительных корковых

нейронов кошки в условиях адаптации к темноте, ученые получили

поразительный факт. Несмотря на то, что число исследованных нейтронов дошло

до десятков, а потом и до сотен, среди них было крайне мало классических

нейронов-детекторов. Экспериментаторы терялись в догадках: куда же они

исчезали? Да и вообще те ли это клетки, поведение которых столь подробно

описано в многочисленных научных публикациях?

Проверка была элементарной: стоило включить свет в камере и

“странный” нейрон очень быстро становился хорошо знакомым детектором. И

сколько раз повторяли переход от света к темноте и опять к свету, столько

раз изменялись свойства поля нейрона, причем вся перестройка занимала не

более десятков секунд.

Стало ясно, что в темноте нейроны не исчезают, а только резко

меняют свой облик. И глядят они на мир не из узких “бойниц” и “щелей”, а

через широкие окна круглой или эллиптической формы. Они как бы приближаются

в этом отношении к нервным клеткам сетчатки, и поэтому и было предложено

называть это явление ретинализацией зрительной коры (по латыни сетчатка –

геtina). Дальнейшие опыты показали, что не все детекторы ретинализируются в

темноте: 10% из них как бы игнорируют адаптацию и не меняют свои

рецептивные поля, а еще 20-25 процентов нейронов ведут себя довольно ехидно

– в темноте не только не снижают или утрачивают, но напротив, усиливают,

обостряют свои детекторные свойства.

Ничто не дается даром, и потому в процессе адаптационных

перестроек зрительная система и отдельные ее нейроны не только что-то

приобретают, но и что-то теряют. В темноте они теряют тонкость зрительного

анализа. Не говоря уже о цветовом зрении. В сумерках оно утрачивает, именно

поэтому ночью все кошки серы.

3.4Световая и цветовая чувствительность.

В опытах Вавилова по квантовым флуктуациям света проводились

наблюдения соседних участков интерференционного максимума и минимума при

интерференции зеленого света. При обычных интенсивностях света

интерференционная картина в этих участках не изменялась во времени. Затем

интенсивность света уменьшалась до порога зрительного восприятия света.

Учитывая, что зеленому свету соответствует длина волны около 500 нм, а

диаметр адаптированного к темноте зрачка составляет около 8 мм, нетрудно

убедиться, что пороговый интенсивности зеленого света соответствует 20-25

фотонов в секунду. При этом оказалось следующее: участки в темных полосах

всегда оставались темными, а участки в светлых полосах иногда “гасли”, но

тут же снова “вспыхивали”, причем эти колебания освещенности появлялись во

времени беспорядочно, хаотически.

Результаты этих опытов по классическому эффекту – интерференции

– объясняются квантовыми свойствами света. В самом деле, бывают случаи,

когда в интерференционные максимумы попадает либо больше фотонов, чем

соответствует порогу зрительного восприятия света, либо меньше его. Значит,

плотность фотонов в световом потоке флуктуирует. Поэтому видны “вспышки”

(если фотонов немного больше) или соответственно “гашение” света на

отдельных участках (если фотонов немного меньше). Эти флуктуации имеют

статистический характер, чем объясняется нерегулярное появление светлых

участков.

4.ФОТОХИМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ЗРЕНИЯ

5.ОБЪЯСНЕНИЕ ЦВЕТА ТЕЛ

Окружающий нас мир красочен. Это объясняется сложностью

солнечного света. Но как объяснить, что листья растений мы видим зелеными,

пионерский галстук – красным, подсолнечник – желтым, Василек – синим,

писчую бумагу – белой, а классную доску – черной? Обратимся к опыту.

Получим на экране с помощью треугольной стеклянной призмы

спектр и закроем его лентой красного цвета. Мы видим, что только в

Красной части спектра лента выглядит ярко-красной. Во всех других частях

спектра она черная. Это происходит потому, что лента, на которую падает

свет всех спектральных цветов, отражает только красный свет, а свет других

цветов поглощает.

Если проделать такой опыт с зеленой лентой, то окажется, что

она только в зеленой части спектра выглядит ярко-зеленой. В других частях

спектра она темная.

Опыт, показывает, что цвет тела, освещаемого белым светом,

зависит только от того, свет какого цвета это тело рассеивает.

Если тело равномерно рассеивает все составные части белого

света, то при обычном освещении оно кажется белым, например писчая бумага.

Если тело, например сажа, поглощает весь падающий на него свет, то оно

кажется черным.

Различные тела не только неодинаково рассеивают свет различной

цветности, но также неодинаково и пропускают свет сквозь себя. Такие

прозрачные тела называют светофильтрами.

В неодинаковой цветности прозрачных тел можно убедиться на

опыте. Если за призмой на пути разложенного белого пучка света по очереди

ставить цветные стекла, то цветность полоски спектра на экране будет

изменяться.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Свет имеет очень большое значение для жизни человека. Изучив

данную тему можно сделать следующие выводы:

- Свет обладает корпускулярно-волновым дуализмом: является

электромагнитной волной, но при излучении и поглощении ведет себя

как поток частиц – фотонов;

- Понятие цвета связано с длиной волны и частотой. А так же

способностью тел поглощать электромагнитные волны;

- Глаз является сложной оптической системой. Он способен отличать

электромагнитные волны оптического диапазона разной частоты, т. е.

отличать свет.

- Глаз человека наиболее чувствителен к волнам 546 Нм, что

соответствует зеленому цвету.

- Электромагнитные волны оптического диапазона разной частоты могут

влиять на нервную систему.

- Объяснение зрения дано на основе фотохимической теории света.

- На основе физических законов можно объяснить такие явления как: -

голубой цвет неба

- белый цвет облаков

- красные листья и т. д.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Багданов К. Б. Физика в гостях у биолога М:Наука, 1986

Перышкин А. В., Чемакин В. П. Факультативный курс физики, 1980

Глазунов А. Т., Курминский И. И., Пинский А. А., Квантовая физика, 1989

Научно - популярный физико-математический журнал «Квант», 1987

Попов Г. В., П-58, Спектроскопия и цвета тел в курсе физики средней школы.

М: «Просвещение», 1971

Чандаева С. А., Физика и человек, АО»Аспект пресс», 1994.-336с.

Гриффин Д, Новиков Э, Живой организм. Пер. с англ. Б.Д.Васильева. М: «Мир»,

1983