Koje su granice ljudskog vida?
Od uočavanja galaksija koje su milione svjetlosnih godina daleko do uočavanja “nevidljivih” boja , u ovom članku ćemo pokušati da Vam objasnimo zašto naše oči mogu uraditi nevjerovatne stvari.
Zašto su naše oči nevjerovatne?
Pogledajte oko sebe – šta vidite? Boje, zidovi, prozori, razni predmeti, sve izgleda samopostojeće, rijetko kada se zapitamo zašto baš vidimo predmete takvim kakvi jesu . Način na koji opažamo predmete svodi se na odbijanje svjetlosnih čestica – fotona – od predmeta na naše oči.
Ova fotonska barijera upija oko 126 miliona ćelija osjetljivih na svjetlost . Različiti pravci i energija fotona su prevedeni od strane našeg mozga u različite oblike, boje, osvjetljenja , a sve u cilju oblikovanja našeg svijeta u boji.
Koliko god naš vid bio čudesan, ipak nije bez ograničenja. Mi ne možemo viđeti radio talase koji proizilaze iz naših elektronskih uređaja, kao što ne možemo uočiti sitne bakterije koje su nam pravo pod nosom. Ali sa napretkom fizike i biologije, možemo testirati osnovne granice prirodnog vida. Dakle, sve što se može uočiti ima prag, najniži nivo iznad kojeg možete i ispod kojeg ne možete vidjeti.
Čepići (kupaste ćelije) nam omogućavaju da vidimo u boji, dok nam štapići (štapićaste ćelije) omogućavaju da vidimo u sivim tonovima u uslovima slabog osvetljenja.
Zašto opažamo ljubičaste tonove nasuprot jarko crvenim tonovima zavisi od energije ili talasnih dužina fotona koji pogađaju našu mrežnjaču koja se nalazi u zadnjem delu naše očne jabučice. Tu imamo dvije vrste fotoreceptora ćelija, poznati kao štapiči i čepići. Štapići omogućavaju da vidimo u boji , dok nam čepići omogućavaju da vidimo u sivim tonovima u uslovima slabog osvetljenja, na primjer noću.
Molekuli pigmenata koji se nalaze u ćelijama retine – opsini – apsorbuju elektromagnetnu energiju primljenu od fotona na ćelije mrežnjače i generišu električne impulse . Dakle, signal putuje preko optičkog živca do mozga , gde se stvara svjesna percepcija boje i slike.
Čepići i štapici
Imamo tri vrste kupastih ćelija (čepića) i odgovarajućih opsina, a svaki ima prag osetljivosti na fotone u određenim talasnim dužinama. Ove membrane ćelije se razlikuju po osjetljivosti na kratke, srednje i duge talasne dužine . Kraće talasne dužine vidimo kao plave nijanse , dok duže talasne dužine vidimo kao crvene nijanse . Sve talasne dužine između njih (i njihove kombinacije) spadaju u nijanse kaleidoskopske duge . Dakle, sva svijetla koja vidimo – osim vještačkih, sa prizme ili nekog uređaja poput lasera – su mješavine više talasnih dužina.
Od svih mogućih talasnih dužina fotona , čepići detektuju samo mali dio , obično u opsegu od oko 380 do 720 nanometara – ono što mi zovemo vidljivi spektar . Ispod našeg vidljivog spektra je infracrveni i radio spektar.
Neki ljudi mogu da vide ultraviolentne zrake, ali samo nakon operacije.
Iznad našeg vidljivog spektra, nailazimo na ultravioletno područje , rendgenske zrake , a nakon toga i gama zrake spektra.
Ljudi sa dijagnozom aphakie mogu da vide ultravioletne zrake.
Dok je većina od nas ograničena na vidljivi spektar , ljudi sa dijagnozom aphakie mogu da vide ultravioletne zrake (i zbog toga sve vide plavičasto). Aphakia je nedostatak sočiva u oku, zbog hirurškog uklanjanja katarakte ili zbog urođenih defekata . Sočivo u oku blokira ultraljubičasto svijetlo, i usljed nedostatka sočiva , ljudi mogu da vide iza vidljivog spektra i primijete talasne dužine do 300 nanometara kao plavo-bijelu boju.
Koliko boja možemo videti ?
Prosečan broj boja koje možemo razlikovati je oko million.
Zdravo ljudsko oko ima tri vrste kupastih ćelija (čepića), od kojih svaka može da registruje oko 100 različitih nijansi , dakle možemo razlikovati oko milion boja. Ipak, percepcija boja je vrlo subjektivna i varira od osobe do osobe , čime se teško može utvrditi tačan broj. Boje koje jedna osoba vidi su često samo djelić od boja koje druga osoba vidi.
“Tetrahromati” su ljudi koji poseduju očiglednu nadljudsku viziju. Ovi retki pojedinci, uglavnom žene, imaju genetsku mutaciju, gdje osim normalne 3 kupaste ćelije imaju dodatnu, četvrtu. Kao gruba procjena na osnovu broja ovih dodatnih kupastih ćelija, tetrahromat može videti 100 miliona boja. (Ljudi koji su daltonisti, ili dihromati, imaju samo dvije membrane i vide do 10.000 boja).
Koji je najmanji broj fotona koji treba da vidimo?
Da bi bolje vidjeli boje, obično je potrebno mnogo više svjetlosti za čepiće nego za štapiće. Zato se pri slabom svijetlu boje smanjuju (postaju tamnije) kako monohromatski štapići preuzimaju vizuelne dužnosti.
Kad se svijetla prvi put ugase, potrebno je nekoliko minuta da bi oči postigle punu osjetljivost.
U idealnim laboratorijskim uslovima i na mestima na mrežnjači gde su štapići uglavnom odsutni, čepići se mogu aktivirati kada se pojavi samo nekoliko fotona (u slučaju recimo, munje, mi opažamo boje). Štapići prikupljaju svjetlost gdje god je ambijentalno svijetlo na raspolaganju. Eksperimentom, prvi put sprovedenim u 1940.god, dokazano je da samo jedan kvant svjetlosti može biti dovoljan da pokrene našu svijest. “Ljudi mogu da odgovore na jedan foton”, kaže Brajan Vandell, profesor psihologije i elektrotehnike na Stanfordu.
Godine 1941. , istraživači sa Kolumbia univerziteta su proučavali ljudski vid. Oni su nekoliko subjekata doveli u mračnu sobu i proučavali koliko oku treba da se navikne na svjetlost . Štapićima je potrebno nekoliko minuta da postignu punu osetljivost – zbog čega imamo problema da vidimo kad se svijetla prvi put ugase.
Šta je najmanje i najudaljenije što možemo da vidimo?
Ovo je činjenica koja može da vas iznenadi: Ne postoji određena granica za najsitnije ili najdalje stvari koje možemo da vidimo. Dakle, dok god predmet, bez obzira na veličinu ili udaljenost prenosi foton ka ćelijama retine, možemo ga primijetiti.
Vizuelna oštrina opada na većim udaljenostima.
Vizuelna oštrina opada na većim udaljenostima. Dakle, da bi nešto primijetili, bitno je da postoji izvor svjetlosti. Koliko god da je minijaturan izvor svjetlosti, ukoliko postoje i fotoni, mi ćemo vidjeti određeni predmet.
Udžbenici iz psihologije, na primjer, tvrde da tokom jasne, tamne noći, plamen svijeće može da se uoči sa daljine od 48 kilometara. U praksi, naravno, naše oči su rutinski preplavljene fotonima, pa se zalutali kvanti svjetlosti iz velike udaljenosti izgube u predjelu. Količina svijetla koja je potrebna da bi se primijetio neki predmet treba da bude jaka.
Noćno nebo, obasjano zvijezdama i sa svojom tamnom pozadinom, nudi neke iznenađujuće primjere za izračunavanje daljine našeg vida. Zvijezde su ogromne; mnoge koje vidimo na noćnom nebu imaju milione kilometara u prečniku. Zvijezde koje su najbliže zemlji su udaljene više od 40 triliona kilometara, i zbog toga su kada ih posmatramo toliko male. I pored tolike razdaljine, još uvijek možemo vidjeti zvijezde kao intenzivne, svjetlucave izvore “tačkaste” svjetlosti jer njihovi fotoni prelaze kosmičko prostranstvo i dolaze do naše mrežnjače.
Dokle god je nešto dovoljno svijetlo, možemo ga videti čak i ako je udaljeno svjetlosnim godinama.
Sve pojedinačne zvijezde koje vidimo na noćnom nebu su u našoj galaksij, Mliječnom putu. Najudaljeniji objekat koji možemo vidjeti našim golim okom je van naše galaksije – galaksija Andromeda – koja se nalazi 2,5 miliona svijetlosnih godina od nas, ili više od 37 triliona kilometara. (Kontraverzno, pojedinci su tvrdili da su ugledali Triangulum galaksiju u uslovima izuzetno tamnog noćnog neba, koja je udaljena oko tri miliona svjetlosnih godina, ali mi ćemo morati da im verujemo na riječ.)
Neki su tvrdili da su ugledali galaksije udaljene tri miliona svjetlosnih godina.
Galaksiju Andromeda koja broji trilion zvijezda, zbog njene ekstremne udaljenosti, možemo primijetiti samo u uslovima izuzetno tamnog neba kao pomalo zamagljeni sjajni dio. Galaksija Andromeda je kolosalna, šest puta je veća od prečnika punog Meseca,ali vrlo malo fotona dolaze do naših očiju, pa je ovaj nebeski gigant skoro neprimijetan.
Koliko jasno vidimo?
Zašto ne možemo izdvojiti pojedinačne zvijezde u galaksiji Andromeda? Granice naše vizuelne rezolucije, ili oštrine, dolaze u igru ovde. Oštrina vida je sposobnost da raspozna neki detalj kao što je tačka ili linija odvojena od drugog detalja. Stoga možemo smatrati granicu oštrine kao broj “piksela” koji možemo prepoznati.
Nekoliko faktora određuje granicu vidne oštrine, kao što je razmak između čepića i štapića na mrežnjači.
Takođe, struktura same očne jabučice, koja kao što smo pomenuli ranije spriječava mnoge raspoložive fotone da dođu do fotoreceptora.
Testovi za oči provjeravaju našu sposobnost razlikovanja crne i bijele boje koje formiraju slova.
Teoretski, studije su pokazale, najbolje što možemo da vidimo je oko 120 piksela po stepenu luka koji je jedinica ugaone mere. To možete da zamislite kao nokat na veličini ruke sa 60 horizontalnih i 60 vertikalnih linija na njemu, naizmjenično, u crno-bijeloj boji,koji stvara šaru šahovskog polja. To je najjasnija šara koju ikada možete vidjeti.
Očni testovi, kao popularni Snellen testovi oka sa progresivno manjim slovima, rade na istom principu. Ovaj test mjeri u kom trenutku neko više ne može odvojiti crni od bijelog razmaka u crnom slovu, kao što je npr. razlikovanje velikog slova F od slova P. Ova ograničenja vida mogu da objasne zašto ne možemo uočiti i fokusirati se na jednoj biološkoj ćeliji koja je jedva nekoliko mikrometara u prečniku.