Свет. Как мы его видим
Главная >> Свет и человек
Автор: Магистр светотехники и источников света, А. Е. Кизлевич
Свет — это особый вид электромагнитной волны. И особый он лишь потому, что воздействует на сетчатку глаза человека и животных, благодаря чему мы получаем огромные потоки информации о внешнем мире (80-90% информации). Тем не менее, свет располагается в спектре электромагнитных излучений, как и все остальные излучения — гамма-излучение, рентгеновское, ультрафиолетовое, инфракрасное и радиоизлучение. Область спектра, где располагаются волны света так и называется — видимая область спектра (длины волн в диапазоне от 380 до 770 нм). Светотехника занимается не только видимым спектром, но также ультрафиолетовым (10-380 нм) и инфракрасным (770 нм-2 мм).
Видимое излучение (свет) способно создавать в нашем зрительном анализаторе ощущения. Под зрительным анализатором понимают систему, состоящую из глаза и центральной нервной системы (ЦНС). Глаз выполняет функцию датчика и преобразует электромагнитные волны видимого спектра в электрический ток (импульсы), а специальные зрительные отделы ЦНС — преобразуют эти электрические сигналы в зрительные ощущения, то есть «рисуют» в нашем сознании все многообразие картин, то, что мы называем видением. Уже само появление здесь слова «сознание» означает, что процесс видения имеет весьма субъективный характер, и действительно, психологами доказано неоднократно, что мы по-разному видим одни и те же вещи. В процесс видения каждого из нас «вмешиваются» такие составляющие, как характер, опыт прошлой жизни (зрительный), состояние здоровья, настроение, темперамент и другие. Все предметы в мире мы видим потому, что они отражают свет. Первичными источниками света на нашей планете могут быть: солнце, другие небесные тела (звезды, кометы и т.д.), химические реакции в природе (огонь, хемилюминесценция), а также искусственно созданные человеком источники света — лампы, табло, мониторы и др. Все остальные предметы являются вторичными источниками света для нашего зрительного анализатора. Из Физики нам известен принцип Гюйгенса, который гласит, что «точка пространства, до которой дошло излучение, становится вторичным источником излучения». Другими словами, все предметы, которые мы видим — это источники света.
Итак, свет: как мы его видим? Видимый спектр состоит из световых волн с разной длиной, которые в различном сочетании дают нам ощущения всего многообразия цветов, которые мы способны различить. Волны с разной длиной создают у нас зрительные ощущения совсем не одинаковые по силе (мощности). Кривая относительной спектральной чувствительности глаза человека показывает зависимость силы ощущений (чувствительности глаза) от длины волны света. Эта кривая свидетельствует, например, что при дневном видении свет желтого цвета дает нам более сильные зрительные ощущения, чем синий. Значит, мы можем сказать, что световая эффективность у желтого больше, чем у синего. При дневном видении максимум чувствительности находится на длине волны 555 нм, а при ночном (сумеречном) видении — на 507 нм.
Сетчатка нашего глаза состоит из светочувствительных элементов двух типов. Это колбочки (около 7 млн. шт.) и палочки (около 130 млн. шт.). Эти микроскопические тельца в сетчатке и есть преобразователи света в электричество, посредством обратимых химических реакций в них. Колбочки обеспечивают нам дневное видение и делятся на три класса (красно-, зелёно- и сине-ощущающие), в следствие чего наше видение — цветное. Максимумы чувствительности колбочек соответственно для красных (К) —580 нм, синих (С) — 440 нм, зеленых (З) — 520 нм. Палочки же все одного типа, имеют два максимума — 505 нм в видимой области спектра, и 350 нм — в ультрафиолетовой. Палочки в 500 раз чувствительнее к свету, чем колбочки, но при этом они обеспечивают нам черно-белое видение (вспомните поговорку «Ночью все кошки серы»).
Когда наступает сумеречное (палочное) видение, мы порой не замечаем, что видим черно-бело е изображение. Почему? Вот тут надо вспомнить начало статьи, где говорится о субъективном восприятии. Мы смотрим на траву, и у нас нет сомнений, что она зеленая, поскольку мы имеем зрительный опыт днем. Мы уверены, что она зеленая. Таким образом, на черно-белое видение травы накладывается субъективная мозговая «доработка» ее зеленого цвета. Психологи говорят: «Мы видим то, что хотим видеть». По причине того, что зрение субъективно, возникла масса «загадок», необыкновенных фактов, легенд — начиная от замков с привидениями, заканчивая НЛО, хотя автор не станет здесь утверждать, что этого всего не существует.
Обратите внимание, какими яркими в сумерках становятся голубые и синие цвета. Это потому, что слой колбочек сетчатки при такой освещенности скрывается в глубине, уступая место палочкам, которые днем «прятались» за колбочками. Максимум чувствительности палочек (505 нм) как раз находится в сине-голубой области (см. кривую относительной спектральной чувствительности глаза человека), поэтому именно синий цвет вызывает максимум ощущений и эти цвета, как говорится, «бросаются в глаза».
При изменении яркости окружающей среды глаз адаптируется к новым условиям. Изменяется площадь пропускания зрачка, перемещаются слои палочек и колбочек относительно друг друга, а также изменяется чувствительность палочек и колбочек. На границе ночного и дневного видения происходят процессы световой и темновой адаптации. Световая адаптация (привыкание к свету после темноты) длится от нескольких секунд до 3 минут. При этом чувствительность колбочек уменьшается для восприятия более высоких уровней яркости, а палочки в это время углубляются немного в слой колбочек. Темновая адаптация происходит у колбочек и палочек одновременно. Колбочки быстрее адаптируются к темноте (5-7 минут), их чувствительность увеличивается в 10-100 раз. Палочки адаптируются к видению в темноте более длительное время — несколько часов, а по некоторым данным полная темновая адаптация может длиться даже дни. На 80% палочки адаптируются в течение 30 минут. Но зато чувствительность палочек возрастает в 100 000 раз по сравнению с нормальным освещением, и могут достигать такого состояния, что передадут мозгу сигнал при попадании на них уже 1-5 фотонов. Через 20 минут она увеличивается в 6 000 раз, а через 40 минут — уже в 25 000 раз. При переходе из светлой в темную зону быстрая адаптация наших глаз происходит благодаря быстрой адаптации колбочек, которые имеют более высокую скорость фотохимической регенерации.
Цветовое видение доступно нам благодаря наличию трех типов колбочек, которые реагируют на красный, зеленый и синий цвет. Средний нетренированный глаз может отличать оттенок цвета при изменении длины волны всего на 2 нм.
Это лишь краткий обзор свойств нашего зрительного анализатора, который до сих пор еще полон тайн и до конца его свойства, и причины некоторых явлений в нем, еще не изучены.