Світло та його сприйняття оком людини фізика. Привіт студент. Загальний вплив кольору на фізичний та психічний стан людини

Як виникають зображення предметів на сітківці? Промені, відбиті від предметів, на які спрямоване наше око, проходять через рогівку, рідину, що міститься між нею та райдужною оболонкою, кришталик та склоподібне тіло.

У кожному із цих середовищ вони змінюють свій напрямок, тобто. заломлюються. Основне значення для заломлення світла у вічі має кришталик. У людей із нормальним зором промені, що переломилися в кришталику, потрапляють на сітківку і утворюють на ній чітке зображення предметів. На малюнку 6 показано, як промені від нижньої точки предмета, переломлюючись, збираються на поверхні сітківки в точці В1 промені від верхньої точки А збираються нижче в точці А1. Отже, зображення на сітківці буде дійсним, зменшеним та перевернутим. У зорових нервових центрах кори великого мозку формується зображення таким, яким воно є насправді.

Що таке акомодація? Для чіткого сприйняття предметів необхідно, щоб їхнє зображення завжди потрапляло на сітківку. Коли людина дивиться в далечінь, предмети, розташовані на близькій відстані, здаються нечіткими. Якщо розглядати свої предмети, то нечітко видно віддалені. Люди можуть чітко розрізняти предмети, розташовані на відстані від ока, завдяки здатності кришталика змінювати свою кривизну. Здатність ока пристосовуватися до чіткого бачення предметів, що знаходяться на різній відстані, називають акомодацією (від лат. АКОМ даті - пристосування до чогось) (рис. 7).

Найменша відстань від ока, з якою зображення ще сприймається чітко, для дітей та підлітків у нормі становить 7-10 см. З віком кришталик втрачає свою еластичність та акомодаційна здатність ока зменшується.

Згадайте з курсу фізики, що таке світло.

Як ми сприймаємо світло? Промені світла потрапляють на сітківку, що складається з декількох шарів клітин різних за формою та функціями (рис. 9, 10). Зовнішній шар клітин містить чорний пігмент, що поглинає світлові промені. У наступному шарі є світлочутливі клітини – фоторецептори: колбочки та палички. Фоторецептори поєднуються з нервовими клітинами, що утворюють третій шар. Четвертий шар сітківки складається із великих нервових клітин. їх відростки утворюють зоровий нерв, яким збудження передається до зорової зони кори великого мозку. Місце, де зоровий нерв виходить із сітківки, позбавлене фоторецепторів, не сприймає світла і називається сліпою плямою (рис. 8). Її площа (у нормі) становить від 2,5 до 6 мм2. Предмети, зображення яких потрапляє на ділянку, не бачимо.

У сітківці людини налічують близько 130 млн паличок та 7 млн. колб. Палички розташовані на периферії сітківки. Вони дуже чутливі до світла і тому збуджуються навіть за малого, так званого сутінкового, освітлення. Колбочки збуджуються при яскравому світлі та малочутливі до слабкого освітлення.

У центрі сітківки містяться переважно колбочки. Це місце називають жовтою плямою (рис. 8). Жовта пляма, особливо її центральна ямка, вважається місцем найкращого бачення. У нормі зображення завжди фокусується на жовтій плямі. У цьому предмети, які сприймаються периферичним зором, різняться гірше. Наприклад, затримайте погляд на будь-якому слові всередині рядка, який ви читаєте. Це слово буде добре видно, а слова, розташовані на початку та в кінці рядка, відрізняються значно гірше.

У процесі перетворення енергії світла на нервовий імпульс важливу роль відіграє вітамін А. Його недолік викликає значне погіршення сутінкового зору, тобто так звану курячу сліпоту.

При збудженні паличок виникає відчуття білого світла (безбарвне відчуття), оскільки вони сприймають широкий спектр світлових променів.

Наше око здатне сприймати електромагнітні коливання з довжиною хвилі від 320 до 760 нм (нм – нанометр – одна мільярдна частка метра). Промені, довжина хвилі яких коротше 320 нм, називають ультрафіолетовими, а з довжиною хвилі більше 760 нм – інфрачервоними.

Як ми сприймаємо колір? Чи кольори ми сприймаємо? Світ різнокольоровий, і ми можемо бачити його таким. Кольори ми сприймаємо за допомогою колб, які реагують тільки на певну довжину хвилі.

Існує три типи колб. Колбочки першого типу реагують переважно на червоний колір, інший – на зелений та третього – синій. Ці три кольори називають основними. Оптичним змішуванням основних кольорів можна отримати всі кольори спектру та їх відтінки. Якщо колбочки всіх типів збуджуються одночасно і однаково, виникає відчуття білого кольору (рис. 11).

У деяких людей колірний зір порушено. Розлад колірного зору, або часткову сліпоту кольору, називають дальтонізмом. Назва походить від прізвища англійського вченого Дж. Дальтона, який 1794 року вперше описав це явище. Розрізняють вроджений та набутий дальтонізм. Природженим (спадковим), власне дальтонізмом, буває, як правило, розлад сприйняття червоного та зеленого кольорів. Сліпота на синій колір є частиною набутої. Розлади колірного зору пояснюють відсутністю певних колб у сітківці ока. Трапляється також частковий дальтонізм (нездатність сприймати один із основних кольорів). Дальтонізм спостерігається у 0,5% жінок та 5% чоловіків. Люди, які страждають на розлади колірного зору, не можуть працювати на транспорті, в авіації тощо. Дальтонізм не лікується.

Як колір впливає емоційну сферу людини, її працездатність? Відомо, що один колір заспокоює, інший дратує. На цьому ґрунтується методика визначення настрою людини. Ще німецький поет І. Гете писав про здатність кольору створювати настрій: жовтий – веселить і бадьорить, зелений – втихомирює, синій – викликає смуток. Психологи довели, що червоний колір призводить до втоми кольору, а зелений допомагає її зняти. Колір впливає продуктивність праці людини. Гігієністи встановили, що зелений і жовтий кольори загострюють зір, прискорюють візуальне сприйняття, створюють стійке ясне бачення, знижують внутрішньо очний тиск, загострюють слух, сприяють нормальному кровообігу, тобто. загалом підвищують працездатність людини. Червоний колір діє протилежно. Ці дані використовують дизайнери для оформлення робочих місць.

світло колір фізіологія сприйняття

Для створення безпечних умов праці потрібна не тільки достатня освітленість робочих поверхонь, а й раціональний напрямок світла, відсутність різких тіней і відблисків, що викликають сліпучу дію.

Правильне освітлення та фарбування обладнання, небезпечних місць дає можливість стежити за ними уважніше (верстат, забарвлений в однотонний колір), а попереджувальне забарвлення небезпечних місць дозволить зменшити травматизм. Крім того, підбір правильного поєднання кольорів та їх інтенсивності зведе до мінімуму час адаптації очей при перекладі погляду з деталі на робочу поверхню. Правильно підібране фарбування може впливати на настрій робітників, а отже, і на продуктивність праці. Таким чином, недооцінка впливу освітлення, вибору кольору та світла призводять до передчасної втоми організму, накопичення помилок, зниження продуктивності праці, збільшення шлюбу та, як наслідок, до травматизму. Деяка зневага до питань освітленості викликана тим, що око людини має дуже широкий діапазон пристосування: від 20 лк (повний місяць) до 100000 лк.

Природне освітлення – це видимий спектр випромінювання електромагнітних хвиль сонячної енергії завдовжки 380 – 780 нм (1 нм = 10 –9 м). Видимий світло (білий) складається з спектру кольорів: фіолетовий (390 - 450 нм), синій (450 - 510 нм), зелений (510 - 575 нм), жовтий (575 - 620 нм), червоний (620 - 750 нм). Випромінювання з довжиною хвилі більше 780 нм називається інфрачервоним, а з довжиною хвилі менше 390 нм – ультрафіолетовим.

Колір та світло взаємопов'язані між собою. Кольори, що спостерігаються людиною, поділяються на хроматичні та ахроматичні. Ахроматичні кольори (білий, сірий, чорний) мають різні коефіцієнти відображення і тому основною їх характеристикою є яскравість. Хроматичні кольори (червоний, помаранчевий, жовтий, зелений, блакитний, синій та фіолетовий) характеризуються, в основному, тоном, що визначається довжиною хвилі та чистотою чи насиченістю (ступінь "розбавленості" основного кольору білим). Забарвлення обладнання, матеріалів та ін. у чорний колір пригнічує людину. При перенесенні стандартних ящиків білого та чорного кольору всі робітники заявили, що чорні ящики важчі. Чорну нитку на білому тлі видно у 2100 разів краще, ніж на чорному, але при цьому спостерігається різкий контраст (відношення яскравостей). Зі збільшенням яскравості та освітлення до певних меж посилюється гострота зору і яскравість, з якою око розрізняє окремі предмети, тобто. швидкість розрізнення. Занадто велика яскравість світла негативно впливає на органи зору, викликаючи засліплення та різь в очах. Пристосування очей до зміни яскравості називається темною та світлою адаптацією. Працюючи на верстаті темно-сірого кольору (відбиває 5% світла) і з блискучою деталлю (відбиває 95% кольору) робочий переводить погляд зі верстата деталь 1 разів у хвилину, у своїй адаптацію очі витрачається приблизно 5 секунд. За семигодинний робочий день буде втрачено 35 хвилин. Якщо за тих же умов роботи змінити час адаптації до 1 секунди за рахунок правильного підбору контрасту, втрата робочого часу дорівнюватиме 7 хвилин.

Неправильний підбір освітлення впливає не лише на втрату робочого часу та втому робітників, але й збільшує травматизм у період адаптації, коли робітник не бачить або погано бачить деталь, та виконує робочі операції автоматично. Подібні умови спостерігаються і під час монтажних робіт, роботи крана та інших видів робіт у вечірній час при штучному освітленні. Тому ставлення яскравостей (сутність розмаїття) повинно бути великим.

У сприйнятті квітів людиною значної ролі грає колірний контраст, тобто. перебільшення дійсної різниці між одночасними сприйняттями. Одна французька торгова фірма замовила партію червоної, фіолетової та блакитної тканини із чорним візерунком. Коли замовлення було виконано, фірма відмовилася прийняти, т.к. на червоній тканині замість чорного візерунка був зеленуватий; на блакитний - помаранчевий, на фіолетовому - жовто-зелений. Суд звернувся до спеціалістів, і коли ті закрили тканину, то у прорізах на папері малюнок був чорний.

В даний час встановлено, що червоний колір збуджує, але й швидко втомлює людину; зелений корисний для людини; жовтий викликає нудоту та запаморочення. Природне освітлення вважається найкращим здоров'ю людини.

Сонячне світло надає біологічну дію на організм, тому природне освітлення є гігієнічним. Заміна природного освітлення штучним допускається лише тоді, коли з якихось причин не можна використовувати (або неможливо використовувати) природне освітлення робочих місць.

Тому нормування освітлення виробничих приміщень та робочих місць здійснюється на науковій основі з урахуванням наступних основних вимог:

• 1. Достатня та рівномірна освітленість робочих місць та оброблюваних деталей;
• 2. Відсутність яскравості, бляклості та сліпучої дії в полі зору робітників;
• 3. Відсутність різких тіней та контрастів;
• 4. Оптимальна економічність та безпека освітлювальних систем.

Отже, правильного світлового режиму необхідно враховувати весь комплекс гігієнічних умов, тобто. кількісну та якісну сторони освітлення.

Для вимірювання освітлених робочих місць та загальної освітленості приміщень використовують люксметр типу Ю-116, Ю-117, універсальний люксметр – яркометр ТЕС 0693, фотометр типу 1105 фірми "Брюль та Кер". Принцип роботи приладів ґрунтується на використанні фотоелектричного ефекту – емісії електронів під дією світла (рис 2.4.1).

При виконанні різних видів робіт застосовують природне, штучне та змішане освітлення, параметри яких регламентуються ГОСТ 12.1.013-78, СНиП ІІ-4-79 "Природне та штучне освітлення", інструкцією з проектування електричного освітлення будівельних майданчиків (СН 81-80). Усі приміщення з постійним перебуванням людей повинні мати природне освітлення.

Там, де неможливо здійснити природне освітлення або якщо воно не регламентується СНіП П-4-79, застосовується штучне або змішане освітлення.

Оптична частина спектру, що складається з ультрафіолетових, видимих ​​та інфрачервоних випромінювань, має діапазон хвиль від 0,01 до 340 мкм. Видиме випромінювання, яке сприймається оком, називається світловим і має довжину хвиль від 0,38 до 0,77 мкм, а потужність такого випромінювання - світловим потоком (F). Одиницею світлового потоку прийнято люмен. Це величина, що дорівнює 1/621 світлового вата. Люмен [лм] визначається як світловий потік, який випускається повним випромінювачем (абсолютно чорним тілом) при температурі затвердіння платини з площею 530,5×10 -10 м 2 (світловий потік від еталонного точкового джерела в 1 канделу, розташованого у вершині тілесного кута 1 стерадіан). Стерадіан - це одиничний тілесний кут щ, який є частиною середовища радіусом 1 м і площею сферичної поверхні, основа якої дорівнює 1 м 2 .

де щ – одиничний тілесний кут, 1 стер;

S - площа сферичної поверхні, 1 м 2;

R – радіус сферичної поверхні, 1 м.

Просторова щільність світлового потоку у цьому напрямі називається силою світла (I). За одиницю сили світла прийнято кандел [кд].

де Й – сила світла, кд;

F – світловий потік, лм.

Величина світлового потоку, який припадає на одиницю поверхні, що освітлюється, називається освітленістю (Е). Вимірюється освітленість у люксах. Люкс - освітленість поверхні площею 1м 2 рівномірно розподіленим світловим потоком 1 лм.

Видимість предметів залежить від частини світла, відбитого предметом, і характеризується яскравістю (В). Вимірюється яскравість [кд/м 2 ].

де б - кут між нормаллю до елемента поверхні S та напрямком, для якого визначається яскравість.

Яскравість - світлотехнічна величина, яку безпосередньо реагує око. Гігієнічно прийнятним є яскравість до 5000 кд. Яскравість 30000 кд і вище є засліплюючою. До якісних показників освітленості відносяться фон та контрастність, видимість, показник засліпленості тощо.

Фон - це поверхня, що примикає до об'єкта (відмінність). Фон вважається світлим при коефіцієнті відображення > 0,4; середнім при с = 0,2-0,4; і темним при з< 0,2.

Контрастність характеризується відношенням яскравостей предмета і фону, що розглядається:

Контрастність освітлення вважається великою за > 0,5; середньої при = 0,2-0,5; і малої при< 0,2.

Рівномірність освітлення характеризується ставленням мінімальної освітленості до її максимального значення не більше всього приміщення.

Природне освітлення

Природне освітлення є найбільш прийнятною людині, тому приміщення з постійним перебуванням людей повинні мати переважно природне освітлення. Природне освітлення здійснюється через віконні, дверні отвори, через ліхтарі, прозорі покрівлі. Тому воно поділяється на (рис.2.4.2):

• а) верхнє освітлення – через світлові ліхтарі, прозорі покрівлі;
• б) бічне освітлення – через вікна;
• в) комбіноване освітлення – через вікна та ліхтарі, і т.д.

Критерієм природної освітленості є коефіцієнт природної освітленості (КЕО або Е Н), який представляє відношення природної освітленості світлом неба в деякій точці заданої площини всередині приміщення Є вн до одночасного значення зовнішньої горизонтальної освітленості, створюваної світлом повністю відкритого небосхилу Е нар, і виражається у відсотках:

Нормування КЕО проводиться відповідно до вимог СНіП ЙЙ-4-79 "Природне та штучне освітлення. Норми проектування".

Відповідно до СНиП ЙЙ-4-79 при односторонньому бічному освітленні критерієм оцінки є мінімальне значення КЕО в точці, розташованої в 1 м від стіни, найбільш віддаленої від світлових прорізів, на перетині вертикальної площини характерного розрізу приміщення та умовної робочої поверхні або підлоги. Під характерним розрізом приміщення розуміється поперечний розріз приміщення, площина якого перпендикулярна площині скління світлових прорізів. У характерний розріз приміщення мають потрапляти ділянки із найбільшою кількістю робочих місць. За умовну робочу поверхню приймається горизонтальна поверхня, що розташована на висоті 0,8 м від підлоги. При двосторонньому бічному освітленні критерієм оцінки є мінімальне значення KЕO в середині приміщення, у точці на перетині вертикальної площини характерного розрізу приміщення та умовної робочої поверхні (підлоги).

При верхньому, бічному та комбінованому освітленні нормується середнє значення КЕО (табл. 2.4.1.).

Усі параметри освітлення визначаються розрядом зорової роботи. Розряд зорової роботи на відстані від об'єкта відмінності до очей працюючого більше 0,5 м визначається ставленням мінімального розміру об'єкта відмінності (d) до відстані від цього об'єкта до очей працюючого (l). Під об'єктом відмінності розуміється аналізований предмет, окрема його частина чи дефект, які потрібно розрізняти у процесі робіт. Усього встановлено вісім розрядів зорової роботи (табл. 2.4.1).

Нормоване значення KЕO (Е н) приймається залежно від розряду зорової роботи, особливостей світлового клімату та сонячного клімату.

Для будівель розташованих в Й, II, ЙV і V поясах світлового клімату країн СНД, залежно від виду освітлення, бічне або верхнє нормоване значення КЕО (Енб, Енв) визначається за формулою:

де m-коефіцієнт світлового клімату; с-коефіцієнт сонячності клімату.

Значення Ен III знаходиться за таблицею 2.4.1; коефіцієнт світлового клімату (m) – за таблицею 2.4.2; коефіцієнт сонячності клімату (С) – за таблицею 2.4.3. Нерівномірність природного освітлення виробничих та громадських будівель з верхнім або з верхнім та бічним освітленням основних приміщень для дітей та підлітків при бічному освітленні не повинна перевищувати 3:l.

Нерівномірність природного освітлення не нормується для приміщень з бічним освітленням при виконанні робіт VЙЙ, VIII розрядів при верхньому та комбінованому освітленні, для допоміжних та громадських будівель ЙЙЙ та IV груп (п.1.2 СНіП ЙЙ-4-79). При проектуванні будівель у ЙЙЙ та V кліматичних районах, де виконуються роботи I - IV розрядів, необхідно передбачати сонцезахисні пристрої. При природній освітленості приміщень велике значення має догляд за вікнами та ліхтарями. Брудне скло затримує до 50% всього світла. Тому повинно проводитися регулярне чищення скла та побілка приміщень. З незначним виділенням пилу чищення скла проводиться через шість місяців, побілка - один раз на три роки; у запорошених - чотири рази на рік чистка і один раз на рік побілка.

p align="justify"> При проектуванні будівель однією з важливих завдань є правильний розрахунок площі світлових прорізів при природному освітленні.

Якщо площа світлових отворів буде меншою за необхідну, це призведе до зниження освітленості і, як наслідок, до зниження продуктивності праці, підвищеної стомлюваності працюючих, захворювань і появи травматизму.

Таблиця 2.4.1. Нормування коефіцієнта природного освітлення

Таблиця 2.4.2. Значення коефіцієнта світлового клімату, m

Таблиця 2.4.3. Значення коефіцієнта сонячності клімату, з

Мал. 2.4.3

Для виправлення помилки необхідно додатково вводити штучне освітлення, що викличе постійні додаткові витрати. Якщо площа світлових отворів буде більшою, то будуть потрібні постійні додаткові витрати на опалення будівель. Тому СНиП II-4-79 забороняє для опалюваних будівель передбачати площу світлових прорізів більше, ніж потрібно за цими нормами (рис. 2.4.5). Встановлені розміри світлових прорізів допускається змінювати на +5, -10%.

Площа світлових прорізів у світлі розраховують

При бічному освітленні, м 2:

• (2.4.8)
• - при верхньому освітленні, м2:

де – нормоване значення КЕО;

S 0 і S ф - площа вікон та ліхтарів;

S п - площа підлоги;

з 0 і з ф - світлові характеристики вікна та ліхтаря (орієнтовно прийняті для вікон 8,0 – 15,0, для ліхтарів 3,0 – 5,0).

Світлова характеристика вікон (з о) оцінюється за таблицею 26 з урахуванням характеристики приміщення, а світлова характеристика ліхтаря або світлового отвору (з ф) - за таблицями 31 та 32 додатка 5 СНиП ЙЙ-4-79 з урахуванням характеристик приміщення та ліхтарів.

Коефіцієнти, що враховують затінення вікон протистоящими будинками (К зд), тип ліхтаря (К ф) визначаються за таблицею 3 СНиП II-4-79; К з - Коефіцієнт запасу приймається за таблицею 5.

При бічному освітленні до проведення робіт необхідно оцінити відношення ширини (глибини) приміщень (В) до відстані від умовної робочої поверхні до верхнього краю вікна (h 1).

Загальний коефіцієнт (рис.2.4.3.) світлопропускання (ф 0) залежить від коефіцієнтів світлопропускання матеріалу (ф 1), коефіцієнтів, що враховують втрати світла в палітурках світлопройому (ф 2), втрати світла в несучих конструкціях (ф 3), втрати світла у сонцезахисних пристроях (ф 4), втрати світла у захисній сітці, що встановлюється під ліхтарями (ф 5 =0,9). Значення коефіцієнтів наведено у СНиП II-4-79 додатка 5 таблиці 28, 29.

Коефіцієнти, які враховують підвищення КЕО від відбиття світла (r 1 і r 2) знаходять за таблицями 30 і 33 додатка 5 СНиП ЙЙ-4-79 з урахуванням коефіцієнта відбиття (з порівн.) та характеристик приміщення.

Щоб правильно розрахувати площу світлових отворів (у світлі) при бічному (S 0) або верхньому (S ф) освітленні, необхідно знати не лише параметри приміщення, що проектується, але й види робіт, для яких проектується будівля, в якому світловому кліматі України чи СНД будується об'єкт, взаємне розташування об'єктів.

Завдяки зоровому апарату (очі) і мозку людина здатна розрізняти і сприймати кольори навколишнього світу. Досить нелегко зробити аналіз емоційного впливу кольору, порівняно з фізіологічними процесами, що з'являються внаслідок світлосприйняття. Однак велика кількість людей віддає перевагу певним кольорам і вважає, що колір безпосередньо впливає на настрій. Важко пояснити те, що багато людей знаходять складним жити і працювати в приміщеннях, де колірне оформлення здається невдалим. Як відомо, всі кольори поділяють на важкі та легкі, сильні та слабкі, заспокійливі та збуджуючі.

Будова людського ока

Досвідами вчених сьогодні доведено, що багато людей мають схожу думку щодо умовної ваги кольорів. Наприклад, на їхню думку, червоний є найважчим, за ним слідує помаранчевий, потім синій та зелений, потім – жовтий та білий.

Будова людського ока досить складна:

склеру;
судинна оболонка;
зоровий нерв;
сітківка;
скловидне тіло;
війковий поясок;
кришталик;
передня камера ока, наповнена рідиною;
зіниця;
Райдужна оболонка;
рогівка.

Коли людина спостерігає об'єкт, відбите світло спочатку потрапляє на його рогівку, потім проходить через передню камеру, і отвір в райдужній оболонці (зіниця). Світло потрапляє на сітківку ока, але спочатку воно проходить через кришталик, який може змінювати свою кривизну, і склоподібне тіло, де з'являється зменшене дзеркально-кулясте зображення видимого об'єкта.
Для того, щоб смуги на французькому прапорі здавалися однаковою шириною на суднах, їх роблять у пропорції 33:30:37

На сітківці ока розташовані два види світлочутливих клітин (фоторецепторів), які при освітленні змінюють усі світлові сигнали. Вони також називаються колбочками та паличками.

Їх існує близько 7 млн ​​і вони розподілені по всій поверхні сітківки, за винятком сліпої плями і мають малу світлочутливість. Крім того, колбочки поділяються на три види, це чутливі до червоного світла, зеленого та синього, відповідно реагують лише на синю, зелену та червону частину видимих ​​відтінків. Якщо ж передаються інші кольори, наприклад жовтий, то збуджуються два рецептори (червоно- і зеленочутливий). При такому значному збудженні всіх трьох рецепторів з'являється відчуття білого, а при слабкому збудженні - сірого кольору. Якщо збудження трьох рецепторів відсутні, виникає відчуття чорного кольору.

Можна також навести наступний приклад. Поверхня об'єкта, що має червоний колір, при інтенсивному освітленні білим світлом, поглинає сині та зелені промені та відображає червоні, а також зелені. Саме завдяки різноманітності можливостей змішування світлових променів різних довжин спектру, з'являється таке різноманіття колірних тонів, з яких око відрізняє приблизно 2 млн. Ось так колбочки забезпечують око людини сприйняттям кольору.

На чорному тлі кольори здаються інтенсивнішими, порівняно зі світлим.

Палички, навпаки, мають набагато більшу чутливість, ніж колбочки, а також чутливі до синьо-зеленої частини видимого спектру. У сітківці ока розташовано близько 130 млн. паличок, які в основному не передають кольори, а працюють при невеликих освітленнях, виступаючи апаратом сутінкового зору.

Колір здатний змінювати уявлення про справжні розміри предметів, а ті кольори, які здаються важкими, помітно зменшують такі розміри. Наприклад, французький прапор, що складається з трьох кольорів, включає синю, червону, білу вертикальні смуги однакової ширини. На морських суднах співвідношення таких смуг змінюють у пропорції 33:30:37 для того, щоб на великій відстані вони здавалися рівнозначними.

Величезне значення посилення чи ослаблення сприйняття оком контрастних кольорів мають такі параметри як відстань і освітлення. Таким чином, чим більша відстань між оком людини та контрастною парою кольорів, тим найменш активно вони здаються нам. Фон, на якому знаходиться предмет певного кольору, також впливає на посилення та ослаблення контрастів. Тобто на чорному тлі вони здаються інтенсивнішими, порівняно з будь-яким світлим.

Ми зазвичай не замислюємося над тим, що є світло. А тим часом саме ці хвилі несуть у собі велику кількість енергії, яка використовується нашим організмом. Нестача світла в нашому житті не може не позначитися негативно нашому організму. Недарма зараз стає дедалі популярнішим лікування, заснований на вплив цих електромагнітних випромінювань (цветотерапия, хромотерапія, ауро-сома, колірна дієта, графохромотерапия та багато іншого).

Що таке світло та колір?

Світло – це електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі від 440 до 700 нм. Людське око сприймає частину сонячного світла та охоплює випромінювання з довжиною хвилі від 0,38 до 0,78 мікронів.

Світловий спектр складається з променів дуже насиченого кольору. Світло поширюється зі швидкістю 186 000 миль на секунду (300 млн. кілометрів на секунду).

Колір - основний ознака, яким відрізняються промені світла, тобто окремі ділянки світлової шкали. Сприйняття кольору формується внаслідок того, що око, отримавши роздратування електромагнітних коливань, передає їх у вищі відділи мозку людини. Колірні відчуття мають подвійну природу: вони відбивають властивості, з одного боку, зовнішнього світу, з другого - нашої нервової системи.

Мінімальні значення відповідають синій частині спектру, а максимальні – червоній частині спектру. Зелений колір - знаходиться в середині цієї шкали. У цифровому вираженні кольору можна визначити так:
червоний – 0,78-9,63 мікрон;
помаранчевий – 0,63-0,6 мікрон;
жовтий – 0,6-0,57 мікрон;
зелений – 0,57-0,49; мікрон
блакитний – 0,49-0,46 мікрон;
синій – 0,46-0,43 мікрон;
фіолетовий – 0,43-0,38 мікрон.

Біле світло - це сума всіх хвиль видимого спектра.

За межами цього діапазону знаходяться ультрафіолетові (УФ) та інфрачервоні (ІЧ) світлові хвилі, їх людина візуально вже не сприймає, хоча вони дуже сильно впливають на організм.

Характеристики кольору

Насиченість – це інтенсивність кольору.
Яскравість - це кількість світлових променів, відбитих поверхнею кольору.
Яскравість визначається освітленням, тобто кількістю відбитого світлового потоку.
Для квітів характерна властивість перемішуватися між собою і цим давати нові відтінки.

На посилення чи ослаблення сприйняття людиною контрастних кольорів впливають відстань та освітлення. Чим більша відстань між контрастною парою кольорів та оком, тим менш активно вони виглядають і навпаки. Навколишнє тло так само впливає на посилення або ослаблення контрастів: на чорному тлі вони сильніші, ніж на будь-якому світлому.

Усі кольори поділяються на наступні групи

Первинні кольори: червоний, жовтий та синій.
Вторинні кольори, що утворюються за допомогою з'єднання між собою первинних кольорів: червоний + жовтий = Помаранчевий, жовтий + синій = зелений. Червоний + синій = фіолетовий. Червоний+жовтий+синій=коричневий.
Третичні кольори – це ті кольори, які були отримані за допомогою змішування вторинних кольорів: помаранчевий + зелений = жовто-коричневий. Помаранчевий + фіолетовий = червоно-коричневий. Зелений + фіолетовий = синьо-коричневий.

Користь кольору та світла

Щоб відновити здоров'я, необхідно передати в організм відповідну інформацію. Ця інформація закодована у колірних хвилях. Однією з головних причин великої кількості, так званих хвороб цивілізації - гіпертонії, високого рівня холестерину, депресії, остеопорозу, діабету і т. д. може бути названий недолік природного світла.

Змінюючи довжину світлових хвиль, можна передавати клітин саме ту інформацію, яка необхідна для відновлення їх життєдіяльності. Цветотерапия і спрямовано те що, щоб організм отримав недостатню йому колірну енергію.

Вчені досі не дійшли єдиної думки про те, як світло проникає в тіло людини і впливає на неї.

Діючи на райдужку ока, колір збуджує певні рецептори. Ті, хто хоч одного разу проходив діагностику щодо райдужної оболонки ока, знає, що по ній можна «прочитати» хворобу будь-якого з органів. Воно й зрозуміло, адже «райдужка» рефлекторно пов'язана з усіма внутрішніми органами та, зрозуміло, з мозком. Звідси неважко здогадатися, що той чи інший колір, діючи на райдужну оболонку ока, тим самим впливає рефлекторно і на життєдіяльність органів нашого тіла.

Можливо, світло проникає через сітківку ока та стимулює гіпофіз, який у свою чергу стимулює той чи інший орган. Але тоді не зрозуміло, чому корисний такий метод, як кольоропунктура окремих секторів людського тіла.

Ймовірно, наше тіло здатне відчувати ці випромінювання за допомогою рецепторів покриву шкіри. Це підтверджує наука радіоніка - згідно з цим вченням вібрації світла викликають вібрації в нашому організмі. Світло вібрує під час руху, наше тіло починає вібрувати під час енергетичного випромінювання. Цей рух можна побачити на фотографіях Кірліана, за допомогою яких можна відобразити ауру.

Можливо, ці вібрації починають впливати на мозок, стимулюючи його та змушуючи виробляти гормони. Згодом ці гормони потрапляють у кров і починають впливати на внутрішні органи людини.

Так як всі кольори різні за своєю структурою, то не важко здогадатися, що і вплив кожного кольору буде різним. Кольори поділяють на сильні та слабкі, заспокійливі та збуджуючі, навіть на важкі та легкі. Червоний був визнаний найважчим, за ним йшли рівні за вагою кольори: помаранчевий, синій та зелений, потім – жовтий і останнім – білий.

Загальний вплив кольору на фізичний та психічний стан людини

Протягом багатьох століть у людей у ​​всьому світі складалася певна асоціація певним кольором. Наприклад, римляни та єгиптяни співвідносили чорний колір зі смутком і скорботою, білий колір - з чистотою, проте в Китаї та Японії білий колір - символ скорботи, а ось у населення Південної Африки кольором смутку був червоний, у Бірмі навпаки, сум асоціювався з жовтим, а в Ірані – із синім.

Вплив кольору на людину досить індивідуально, і залежить також від певного досвіду, наприклад від методу підбору кольору певних урочистостей або повсякденної роботи.

Залежно від часу на людини, чи кількості займаної кольором площі, він викликає позитивні чи негативні емоції, і впливає його психіку. Око людини здатне розпізнавати 1,5 мільйона кольорів і відтінків, а кольори сприймаються навіть шкірою, впливають і людей, позбавлених зору. У процесі досліджень, проведених вченими у Відні, мали місце випробування із зав'язаними очима. Людей ввели в кімнату з червоними стінами, після чого їх пульс збільшився, потім їх помістили до приміщення з жовтими стінами, причому пульс різко нормалізувався, а в кімнаті з синіми стінами він помітно знизився. Крім того, помітний вплив на сприйнятті кольору і зниженні колірної чутливості надає вік і стать людини. До 20-25 сприйняття зростає, а після 25 зменшується по відношенню до певних відтінків.

Дослідження, що мали місце в американських університетах довели, що основні кольори, що переважають у дитячій кімнаті, можуть впливати на зміну тиску у дітей, знижувати або підвищувати їхню агресивність, причому у зрячих та незрячих. Можна зробити відповідний висновок, що кольори можуть негативно і позитивно впливати на людину.

Сприйняття кольорів та відтінків можна порівняти з музикантом, який налаштовує свій інструмент. Всі відтінки здатні викликати в душі людини невловимі відгуки та настрої, тому вона шукає резонанс коливань колірних хвиль з внутрішніми відлуннями своєї душі.

Вчені різних країн світу стверджують, що червоний колір допомагає виробленню червоних тілець у печінці, а також допомагає якнайшвидшому виведенню отрут з організму людини. Вважають, що червоний колір здатний знищувати різні віруси та значно знижує запалення в організмі. Найчастіше у спеціальній літературі зустрічається думка, що будь-якому органу людини притаманні вібрації певних кольорів. Різнобарвне забарвлення нутрощів людини можна зустріти на стародавніх китайських малюнках, що ілюструють методи східної медицини.

Крім того, кольори не тільки впливають на настрій та психічний стан людини, а й призводять до деяких фізіологічних відхилень в організмі. Наприклад, у приміщенні з червоними або помаранчевими шпалерами помітно частішає пульс і підвищується температура. У процесі фарбування приміщень вибір кольору зазвичай передбачає дуже несподіваний ефект. Нам відомий такий випадок, коли господар ресторану, який хотів покращити апетит у відвідувачів, наказав пофарбувати стіни у червоний колір. Після чого апетит гостей покращився, проте надзвичайно збільшилася кількість розбитого посуду та кількість бійок та подій.

Відомо також, що кольором можна вилікувати навіть багато серйозних захворювань. Наприклад, у багатьох лазнях та саунах завдяки певному обладнанню існує можливість приймати цілющі кольорові ванни.

Щоб бачити, нам потрібне світло. Це становище може здатися надто очевидним, щоб заслуговувати на згадки, проте воно не завжди було настільки банальним. Платон думав, що зорове сприйняття існує не тому, що світло проникає в око, а тому, що частинки, що виходять з очей, обволікають навколишні предмети. Важко уявити собі тепер, чому Платон спробував вирішити проблему з допомогою простих експериментів. Хоча для філософів питання про те, яким чином ми бачимо, завжди було улюбленою темою роздумів та теоретичних побудов, лише за останнє століття ця проблема стала предметом систематичних досліджень; це досить дивно, оскільки всі наукові спостереження залежать від свідчень людських органів чуття і головним чином зору.

Протягом останніх 300 років існували дві теорії, що суперничали щодо природи світла. Ісаак Ньютон (1642-1727) вважав, що світло - це потік частинок, у той час як Християн Гюйгенс (1629-1695) стверджував, що світло є, мабуть, коливанням невеликих еластичних сферичних утворень, що стикаються один з одним і переміщуються у всепроникаючому середовищі - ефірі. Будь-яке обурення цього середовища, як він вважав, поширюватиметься у всіх напрямках у вигляді хвилі, а ця хвиля і є світлом.

Полеміка щодо природи світла – одна з найбільш вражаючих та цікавих в історії науки. Основним питанням на ранніх стадіях дискусії було питання про те, чи поширюється світло з певною швидкістю, чи воно досягає мети миттєво. Відповідь це питання було отримано зовсім несподівано датським астрономом Ремером (1644-1710). Він вивчав затемнення чотирьох яскравих супутників, що обертаються навколо Юпітера, і виявив, що періоди між затемненнями є нерегулярними і залежать від відстані між Юпітером і Землею.

У 1675 р. він прийшов до висновку, що цей факт визначається часом, який потрібно, щоб світло, що походить від супутників Юпітера, досягло ока експериментатора; час зростає із збільшенням відстані внаслідок обмеженої швидкості світла. Дійсно, відстань від Землі до Юпітера дорівнює приблизно 299 274 000 км - це вдвічі більше, ніж відстань від Землі до Сонця; найбільша тимчасова різниця, яку він спостерігав, дорівнювала 16 хв. 36 сек. -На цей відрізок часу раніше чи пізніше, ніж належало за розрахунком, починалося затемнення супутників. З кілька помилкової оцінки відстані до Сонця він підрахував, що швидкість світла дорівнює 308 928 км/сек. Сучасні знання про діаметр земної орбіти дозволяють нам уточнити цю величину і вважати її рівною 299274 км/сек, або Зх10 10 см/сек. Швидкість світла таким чином на невеликих відстанях від Землі вимірюється дуже точно, і тепер ми розглядаємо її як одну з основних констант Всесвіту.

Внаслідок обмеженої швидкості світла і певної затримки нервових імпульсів, що надходять до мозку, ми завжди бачимо минуле. Наше сприйняття Сонця запізнюється на 8 хв.; Всім відомо, що найвіддаленіший з видимих ​​неозброєним оком об'єктів - туманність Андромеди вже більше не існує і те, що ми бачимо, відбувалося за мільйон років до появи на Землі.

Швидкість світла, що дорівнює Зх10 10 см/сек, суворо зберігається лише у повному вакуумі. Коли світло проходить через скло або воду або яке-небудь інше середовище, що пропускає, його швидкість зменшується відповідно до показника заломлення світла (приблизно відповідно до щільності цього середовища). Це уповільнення швидкості світла дуже важливо, оскільки саме завдяки цій властивості світла призма заломлює світло, а лінзи створюють зображення. Закон заломлення (відхилення променя світла залежно від зміни показника заломлення) було вперше встановлено Снелліусом, професором математики, у Лейдені 1621 року. Снелліус помер у віці 35 років, залишивши свої роботи неопублікованими. Декарт сформулював Закон заломлення одинадцять років по тому. Закон заломлення говорить:

«При переході світла з середовища А в середу У відношенні синуса кута падіння до синуса кута заломлення світла є константою».

Ми можемо бачити, як це відбувається, з простої діаграми (рис. 2, 3): якщо АВ - промінь, що проходить через щільне середовище у вакуум (або повітря), він з'явиться в повітрі під кутом i по лінії BD.

Закон свідчить, що sin i/sin r є незмінною величиною. Ця константа і є індексом рефракції, або показник заломлення, позначений v.

Ньютон думав, що частинки світла (корпускули) притягуються до поверхні щільного середовища, Гюйгенс вважав, що заломлення виникає внаслідок того, що швидкість світла зменшується в щільному середовищі. Ці припущення були висловлені задовго до того, як французький фізик Фуко довів прямими вимірами, що швидкість світла у щільному середовищі справді зменшується. Деякий час вважали, що корпускулярна теорія світла Ньютона абсолютно хибна і що світло - це ряди хвиль, що проходять через середу, ефір; проте початок нинішнього століття ознаменувалося важливим доказом те, що хвильова теорія світла не пояснює всіх світлових явищ. Тепер вважається, що світло - це частки і хвилі.

Світло складається з одиниць енергії – квантів. Вони поєднують у собі властивості і частинок і хвиль. Короткохвильове світло містить більше хвиль у кожному пучку, ніж довгохвильове. Цей факт знаходить своє відображення у правилі, згідно з яким енергія одного кванта є функцією частоти, інакше кажучи, E = hv, де Е - це енергія в ерг/сек; h - невелика постійна величина (константа Планка), а частота випромінювання.

Коли світло заломлюється призмою, кожна частота відхиляється під дещо іншим кутом, так що з призми пучок світла виходить у вигляді віяла променів, пофарбованих у всі кольори діапазону. Ньютон відкрив, що біле світло складається з усіх кольорів спектру, розклавши сонячний промінь на спектр і потім виявивши, що він може знову змішати кольори та отримати біле світло, якщо пропускати спектр через другу схожу призму, встановлену у зворотному положенні.

Ньютон позначив сім кольорів свого спектру в такий спосіб: червоний, помаранчевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий. Ніхто насправді не бачить синій колір у чистому вигляді, ще сумнівніший помаранчевий. Подібне розподіл спектру на кольори пояснюється тим, що Ньютон любив число 7, і він додав помаранчевий та синій, щоб отримати магічну цифру!

Тепер ми знаємо те, чого Ньютон не знав, а саме, що кожен спектральний колір, або відтінок, є світлом певної частоти. Ми знаємо також, що так зване електромагнітне випромінювання по суті нічим не відрізняється від світлового. Фізична відмінність між радіохвилями, інфрачервоним світлом, видимим світлом, ультрафіолетовими та рентгенівськими променями полягає в їхній частоті. Тільки дуже вузький діапазон цих частот збуджує око та дає зображення та відчуття кольору. Діаграма (рис. 2, 5) показує, наскільки вузька ця смуга у фізичній картині хвиль. Погляньте на цей малюнок, адже ми майже сліпі!

Якщо нам відома швидкість світла та його частота, то легко підрахувати довжину хвилі, проте насправді частоту світла важко виміряти безпосередньо. Легше виміряти довжину світлових хвиль, ніж їх частоту, хоча це не стосується низькочастотних радіохвиль. Довжина світлової хвилі вимірюється шляхом розщеплення світла не за допомогою призми, а за допомогою спеціальної решітки з тонких ретельно накреслених за певними правилами ліній, у результаті також виникають кольори спектру. (Це можна бачити, якщо тримати диск світлового поляризатора похило, під тупим кутом до джерела світла: тоді відображення складатиметься з яскравих кольорів). даного кольору, то довжина хвилі може бути дуже точно визначена. Подібним шляхом можна встановити, що блакитне світло має довжину хвилі приблизно 1/100 000 см, тоді як довжина хвилі червоного світла дорівнює 1/175 000 см. Довжина світлової хвилі важлива для встановлення меж роздільної здатності оптичних інструментів.

Ми не можемо неозброєним оком бачити один квант світла, проте рецептори сітківки настільки чутливі, що вони можуть стимулюватися одним квантом світла. Однак, щоб отримати відчуття спалаху світла, потрібно кілька (від п'яти до восьми) квантів світла. Окремі рецептори сітківки настільки чутливі, наскільки це взагалі можливо для будь-якого детектора світла, оскільки квант - це найменша кількість променистої енергії, яка взагалі може існувати. На жаль, прозорі провідні середовища очі далекі від досконалості та приховують можливості сітківки сприймати світло. Тільки близько 10% світла, що надходить в око, досягають рецепторів, решта губиться внаслідок поглинання та розщеплення всередині очі, перш ніж світло досягне сітківки. Незважаючи на ці втрати, виявляється можливим за ідеальних умов бачити одну свічку на відстані 27 353 м.

Ідея квантової природи світла має важливе значення для розуміння зорового сприйняття; ця ідея надихнула на ряд витончених експериментів, спрямованих на з'ясування фізичних властивостей світла та його сприйняття оком та мозком. Перший експеримент, присвячений вивченню квантової природи світла, було проведено трьома фізіологами - Гехтом, Шлером і Піренном в 1942 р. Їхня робота є класичною. Припускаючи, що око повинно мати майже або цілком таку ж чутливість, як це теоретично можливо, вони задумали дуже дотепний експеримент, щоб з'ясувати, скільки квантів світла має бути сприйнято рецепторами, щоб ми побачили спалах світла. Доказ ґрунтувався на використанні розподілу Пуассона. Воно описує очікуваний розподіл попадань у ціль. Ідея полягає в тому, що принаймні частково зміни чутливості ока у часі пов'язані не зі станом самого ока чи нервової системи, а з коливаннями енергії слабкого світлового джерела. Уявіть безладний потік куль, вони не будуть потрапляти в ціль з постійною швидкістю, швидкість буде варіювати, подібним чином спостерігаються коливання і кількість квантів світла, які досягають ока. Цей спалах може містити малу чи велику кількість квантів світла, і ймовірність виявити її буде тим вищою, чим більше вона перевищує середню кількість квантів у спалаху. Для яскравого світла цей ефект несуттєвий, однак, оскільки око чутливе і до кількох квантів, коливання енергії світла важливо враховувати при мінімальних величинах цієї енергії, необхідні виникнення відчуття.

Уявлення про квантову природу світла важливо також і для розуміння здатності ока виділяти тонкі деталі. Одна з причин, чому ми можемо читати при світлі місяця лише великий газетний шрифт, полягає в тому, що кількість квантів, що потрапляють на сітківку, недостатньо, щоб створити повний образ за той короткий проміжок часу, який потрібно оку, щоб інтегрувати енергію, - це число близько однієї десятої секунди. Насправді, це ще не все, що може бути сказано з цього приводу; Суто фізичний чинник, зумовлений квантовою природою світла, сприяє появі добре відомого зорового феномена - погіршення гостроти зору при тьмяному світлі. Досі це явище трактувалося виключно як властивість ока. Насправді часто досить важко встановити, чи слід відносити той чи інший зоровий феномен до галузі психології, фізіології чи фізики.

Як з'являються зображення? Найпростіше зображення може бути отримане за допомогою шпилькового отвору. Малюнок показує, як це робиться. Промінь від частини предмета х може досягти лише однієї частини екрана у - тієї частини, яка розташована на прямій лінії, що проходить через шпильковий отвір. Кожна частина предмета висвітлює відповідну частину екрана, тому на екрані створюється перевернене зображення предмета. Отримане за допомогою шпилькового отвору зображення буде досить тьмяним, тому що для чіткого зображення потрібний ще менший отвір (хоча, якщо отвір замало, зображення буде розпливчастим, оскільки порушується хвильова структура світла).

Лінза фактично є пару призм. Вони направляють потік світла від кожної точки об'єкта до відповідної точки екрану, даючи таким чином яскраве зображення. На відміну від шпилькового отвору, лінзи добре працюють лише тоді, коли відповідним чином підібрані та правильно встановлені. Кришталик може бути неправильно налаштований та не відповідати оку, в якому він знаходиться. Кришталик може фокусувати зображення спереду або позаду сітківки, замість фокусувати його на самій сітківці, що призводить до появи короткозорості або далекозорості. Поверхня кришталика може бути недостатньо сферичною і викликати спотворення чи порушення чіткості зображення. Рогівка може бути неправильної форми або мати вади (можливо, внаслідок пошкодження металевою стружкою на виробництві або піщинкою при керуванні машиною без запобіжних окулярів). Ці оптичні дефекти можуть бути компенсовані за допомогою штучних лінз - окулярів. Окуляри виправляють дефекти акомодації, змінюючи силу кришталика; вони коригують астигматизм, додаючи несферичний компонент. Звичайні окуляри не можуть виправити дефекти поверхні рогівки, однак нові рогівкові лінзи, встановлені на самому оці, утворюють нову поверхню рогівки.

Окуляри подовжують наше активне життя. З їхньою допомогою ми можемо читати та виконувати складну роботу в старості. До їх винаходу працівники розумової та фізичної праці ставали безпорадними внаслідок недоліків зору, хоча вони були ще сильні розумом.

Використовувана література: Р. Л. Грегорі
Око та мозок. Психологія зорового сприйняття: Л.Р. Грегорі
за ред. Е. Пчолкіна, С. Елінсон.-м. 1970 р.

Завантажити реферат: У вас немає доступу до завантаження файлів з нашого сервера.

У процесі зору відбувається сприйняття параметрів світлового потоку. У світлочутливому рецепторі сходяться процеси з різних сфер дійсності - взаємодіють квантові об'єкти (фотони), рецептори як вимірювальні прилади, що оцінюють параметри квантових об'єктів, і нейрони, що відносяться до елементів, що здійснюють процеси вищої нервової діяльності.

Ця проблема цікава ще й тим, що ця сфера знання недостатньо вивчена, причому від неї відмовляються як фізики, і біологи. Крім того, проблема сприйняття світла входить до складу проблем сприйняття інформації людиною, розглянутих у статті «Сприйняття інформації» як частина розв'язання психофізичної проблеми.

Безпосередньо сполучення електромагнітного випромінювання та речовини здійснюється в зорових рецепторах сітківки ока живого організму, тут світло перетворюється на нервові сигнали у вигляді пачок електричних імпульсів, з яких вже у мозку створюється образ видимих ​​предметів. Світлочутливі рецептори виступають як межа, що розділяє (і з'єднує) квантові та нервові процеси, на якій сполучаються різні сфери реальності - випромінювання, речовина та нервова діяльність.

Дослідження показують, що енергія фотона, що впливає на рецептор, сприймається конкретним електроном фоточутливого білка. Цей електрон не просто перебуває у складі конкретного білка, а й білок, у свою чергу, вмонтований у тіло певного світлочутливого рецептора, а рецептор має певне місце на сітківці ока і пов'язаний з конкретними нейронами. На сітківці ока є спеціальне місце, яке приймається центром загальної системи відліку всіх рецепторів.

Рецептори мають будову у вигляді стовпчика з пластин (близько 2000 шт.), Кожній пластині розташовуються близько 60 тис. світлочутливих білків. Рецептори розташовуються на сітківці суцільним масивом, закривають усе сітківки. Розрізняють рецептори кольору - колбочки, і чорно-білі рецептори - палички. Кількість кольорових колб оцінюється в 6 - 10 млн., Колб розташовуються переважно навколо центру зору. Паличок налічується близько 100 млн. Вони розташовуються по всьому полю сітківки.

Зорова система сприймає світло в діапазоні 400 - 780 нм, ультрафіолетове випромінювання (хвилі менші 360) поглинає кришталик, великі не сприймаються рецепторами, до того ж інфрачервоні хвилі (1000 нм і більше) випромінюються самим тілом і були б.

Для зорової інформації природно важливим є спектр випромінювання, проте світлочутливий рецептор не просто приймає випромінювання, але й визначає відмінності між локальними характеристиками потоку світла. Існують спеціальні горизонтальні клітини в рецепторі та між рецепторами, що визначають градієнт потоку світла за інтенсивністю, довжиною хвилі та насиченістю домінантного кольору - відповідно інформація передається не тільки про колір, а й про яскравість і насиченість кольору на тлі білого. Необхідно також відзначити, що рецептор не тільки сприймає характеристики потоку світла і передає їх у мозок, але й управляє загальною та окремо локальною прозорістю речовини до рецептора, щоб можна було бачити відмінності в потоці світла навіть за різної його інтенсивності та контрастності.

Внаслідок поглинання фотонів у рецепторі відбуваються електрохімічні процеси, що спричиняють спрацювання наступних нейронів. З метою рецепції, фотон може бути сприйнятий тільки в тому випадку, якщо світлочутливий білок, що сприйняв його, вбудований у вимірювальний ланцюг рецептора. Якщо білок, який сприйняв фотон знаходиться поза вимірювальною схемою рецептора, то поглинання фотона відбудеться, але не викличе необхідних для рецепції хімічних впливів і таке поглинання виявиться марним, оскільки інформація про фотон не дійде до наступних нейронів. З цього можна дійти невтішного висновку, що поглинання фотонів у межах процедур, які у сенсорних системах, носить не випадковий характер.

Згідно з трикомпонентною теорією будови чутливих рецепторів (колб) вважається, що світлочутлива колбочка реагує тільки на фотони певної довжини хвилі. Однак ця теорія викликає сумніви щодо достовірності. Електрон у білку (або сам білок) повинен спочатку якось визначитися з тим - реагувати йому, якщо у фотона відповідна довжина хвилі, і не реагувати, якщо довжина хвилі трохи більша (або менша). Він не знає довжину хвилі, яка потрапить у цей білок, не знає, наскільки довжина хвилі відрізняється від тієї, яку він може прийняти. Причому не має значення, наскільки відрізняється від "своєї". У будь-якому випадку електрон (або хтось із учасників поглинання) якимось чином має "відчути", поглинати чи пропустити фотон. Офтальмологи на ці запитання не змогли мені відповісти. А фізики взагалі відмовилися розглядати проблему сприйняття світла оком, під приводом, що в цій ситуації їм неможливо здійснити будь-які виміри, а без достовірних вимірів вони не мають права будь-що стверджувати і робити якісь висновки.

Ситуація ще більше заплуталася від думки, що кольоровий зір здатний сприймати колір (довжину хвилі фотона) і одночасно визначати його місцезнаходження на сітківці. Як взагалі можливе визначення довжини хвилі фотона, якщо локалізація електрона, що реагує на фотон, становить одиниці Ангстрем (0,1 нм), а довжина хвилі фотона приблизно в п'ять тисяч разів більша (від 400 до 770 нм)? Адже енергія фотона, що поглинається, повинна бути розмазана випадковим чином по незрівнянно більшому простору, ніж локалізація електрона.

Виникають інші питання. Якою є природа енергії фотона (кінетична, електрична, магнітна, ще якась)? Що відбувається з енергією фотона під час поглинання його електроном? Які перетворення енергії?

Бажання отримати відповіді на питання, що виникають, змушує заглиблюватися в подробиці процесу поглинання світла речовиною. Фізика стверджує, що для збудження електрона необхідно витратити не якусь там енергію, а цілком конкретну величину - різницю між двома енергетичними станами, що виразно підтверджується у фізичних експериментах. Поглинання відбувається у вигляді певної лінії поглинання в електронному спектрі молекули. Однак це лише констатація факту поглинання конкретної порції енергії, емпіричне його підтвердження, але ще не пояснення механізму поглинання.

Щоб загострити проблему і показати її фізичну, а не фізіологічну природу відзначимо, що саме з факту поглинання конкретним електроном конкретного фотона випливає, що в процесі зорової рецепції можливий одночасний і досить точне вимірювання енергії (імпульсу) фотона та розташування цього фотона. Розташування квантового об'єкта відповідає місцезнаходження (місцевому локалізації) електрона, що поглинув фотон, і це місце цілком визначається на макрорівні, так як від нього йде "ниточка" до приймача сигналу, а енергія фотона відповідає різниці між енергіями станів електрона - теж цілком визначна. Якщо енергія фотона відповідає різниці енергій, необхідні зміни місцезнаходження електрона, то поглинання відбувається. Якщо відповідає, то фотон проходить крізь цю молекулу. Тепер побачимо, що з цього виходить.

Для фотона є рівняння

λ·P=ħ, де λ – довжина хвилі, P – імпульс фотона, а ħ – постійна Планка. Це рівняння фотона дуже схоже на співвідношення невизначеності Гейзенберга:

ΔХ · ΔР >= ħ, де ΔХ - помилка у визначенні розташування квантового об'єкта, ΔР - помилка у визначенні його імпульсу.

Є можливість оцінити помилку вимірювання параметрів фотона при поглинанні конкретним електроном конкретного світлочутливого білка сітківки. Величину помилки, що виникає у вимірі імпульсу можна встановити за дозвільною здатністю зорової системи у визначенні кольору. Експериментально встановлено, що чутливість оцінюється 2 – 3 нм. Це менше 1 % від довжини хвилі світла у видимому діапазоні - (0,3 – 0,5) %. За рівнянням фотона λ·P=ħ визначаємо різницю у зміні імпульсу, що фіксується зорової системою: ΔР = ħ/λ – ħ/1,01·λ, що приблизно = 0,01· ħ/λ

ΔР = 0,01· ħ/λ

Помилку у вимірі розташування фотона (ΔХ) можна оцінити, як розмір області локалізації самого електрона в молекулі білка. Якщо розмір атома оцінити приблизно 0,1 нм, то помилку локалізації електрона (з великим завищенням) можна прийняти 0,5 нм. Цю величину доцільно виразити в умовних одиницях як частку від довжини хвилі фотона (500 нм). У результаті отримуємо, що помилка вимірювання розташування фотона приблизно (0,5/500) = 0,001 λ.

ΔХ = 0,001 · λ

Підставляючи відносні помилки позиціонування та імпульсу фотона у співвідношення невизначеності, отримуємо:

ΔХ · ΔР = 0,001 · λ · 0,01 · ħ/λ = 0,00001 · ħ.

Відповідно до проведених оцінок добуток помилок вимірювання координат та імпульсу рецептором ока виявляється у сто тисяч разів меншим, ніж постійна Планка. Причому слід врахувати, що обидві помилки взяті з деяким завищенням, якщо взяти реальні помилки у визначенні ΔХ і ΔР, то їх твір буде приблизно в мільйон разів меншим за постійну Планку. А щодо співвідношення невизначеностей Гейзенберга твір цих помилок не може бути меншим за ħ. Що це: помилка в наведених міркуваннях чи справді із співвідношенням невизначеностей якась проблема?

Спробуємо розібратися.

Кількісні значення помилок виміру в наведених міркуваннях вважатимуться відповідними реальним, чи завищеними, тому величина 0,00001 - це ще занижений ступінь порушення співвідношення невизначеності Гейзенберга. З іншого боку розмір проблеми настільки великий, що помилки можна ще багаторазово завищити без шкоди загального висновку справедливості співвідношення невизначеностей. З чого можна дійти невтішного висновку, що й є помилка у наведених міркуваннях, вона у кількісних значеннях, а чомусь іншому.

Можливо, одне з процедур (або співвідношення невизначеностей, чи рецепція світла в зорової системі) не належить до процедури виміру? Адже співвідношення невизначеностей характеризує саме можливі помилки вимірюванняпараметрів квантового об'єкта

Оскільки кожен фотон є квантовим об'єктом, то з цього випливає, що кожен фотон поглинається індивідуально, хоч у зоровій системі, хоч в іншому місці. Оцінка характеристик фотона у межах зорової рецепції здійснюється самим актом його поглинання хромофором, а чи не розрізненням характеристик фотонів нервовими клітинами. Якщо він поглинувся, то самим фактом поглинання його енергія перейшла конкретному електрону. А це означає, що в результаті акта поглинання стають відомими і місце розташування фотона (за вихідним місцем розташування електрона), і енергія фотона (за величиною зміни енергії електрона). І те, й інше про фотон стає не просто "відомим" конкретному електронуі білку, в якому він знаходиться, але і відомі вимірювальній схемі в цілому. Фізичні та хімічні зміни в характеристиках електрона та білка, що породжуються поглинанням, стають відомими певному нейрону, який можна вважати макро «спостерігачем». З іншого боку, місце на сітківці, в яке потрапив фотон, детермінується просторовим розташуванням предмета, який випромінював цей фотон, та налаштуванням оптичної частини зорової системи – лінзою кришталика та фокусуванням зображення, що отримується.

Якщо поглинання фотона не відбулося, то, на жаль, не відбулося і вимірювання параметрів квантового об'єкта. Поглинання такого фотона відбудеться пігментом задньої стінки сітківки, тобто поза вимірювальною схемою. У цьому полягає специфіка електрона (хромофора, білка, рецептора загалом): вони розміщені у складі вимірювальної системи розташування предмета, що дозволяє непросто поглинати, а поглинати у межах вимірювальної процедури.

З цього випливає, що аналізована процедура поглинання фотона в системі зорової розглядається саме в рамках процедури вимірювання параметрів фотона, а не просто його поглинання. З цього випливає, що призначення процедури відповідає заявленому призначенню і «області дії» співвідношення невизначеностей.

Можливо, в процедурі вимірювання параметрів фотонів у зоровій системі є якась унікальна специфіка, яка породжує таке суттєве відхилення від співвідношення невизначеностей?

Справді, такі відмінності є.

По-перше, співвідношення невизначеностей розглядається стосовно процедури вимірювання параметрів квантового об'єкта, що здійснюється зі збереженням самого квантового об'єкта. Наприклад, Луї де Бройль у книзі «Революція у фізиці» зазначає, що сама процедура вимірювання не повинна вносити зміни до параметрів, що самі вимірюються - внесені вимірювальним приладом зміни до вимірюваних параметрів повинні бути якнайменше.

Суть ідеї співвідношення невизначеностей полягає в тому, що для більш точного виміру потрібні фотони з меншою власною локалізацією, але такі фотони є енергійнішими. Специфіка квантового об'єкта така, що вимірювання розташування квантового об'єкта з більшою точністю вимагає застосування, як вказує де Бройль, впливу на об'єкт, що вимірюється, більш коротких фотонів, але чим менше довжина хвилі фотонів, що вимірюють місце розташування квантового об'єкта, тим більше їх енергія, тим більша зміна енергії відбувається у об'єкті, що вимірювається. Сама процедуравимірювання вносить зміни у параметри, що вимірюються, тому і вважається, що цього ефекту принципово неможливо уникнути. Помилки одночасного виміру просторових і енергетичних характеристик квантового об'єкта підпорядковані співвідношенню невизначеностей, що розглядається.

Отже, відмінності вимірів у межах процедури рецепції та рамках пояснення співвідношення невизначеностей – є.

По-перше, на відміну від вимірювальних процедур, описаних у де Бройля, у вимірювальній процедурі, що здійснюється в рамках зорової рецепції, сам об'єкт, параметри якого вимірюються, не зберігається, А гине повністю у процесі вимірювальної процедури. А якщо не гине, то й не потрапляє до вимірювальної процедури. У зорової системі оцінюваний квантовий об'єкт просто поглинається, проковтується світлочутливим білком, у результаті обидві вимірювані величини (координата і імпульс) стають відомими цьому білку. Він «вимірює» зазначені параметри з точностями, які на кілька порядків не вписуються у співвідношення невизначеності. Щоправда, ціною знищення об'єкта, що вимірювається. Цей білок є той вимірювальний прилад, який нібито неможливо побудувати в принципі.

По-друге, у процесі зорової рецепції вимірювання розташування фотона взагалі-то не здійснюється. Розташуванням фотона вважається місце розташування електрона, що поглинає фотон. Розташування електрона є не вимірюваним параметром, а апріорно відомим вимірювальною системою. Фотон сам натикається на той чи інший світлочутливий білок, що має цей самий електрон. Але ця обставина не змінює істоти принципу невизначеності. Відповідно до цього принципу "неможливо побудувати вимірювальний прилад, який дозволив би порушити обмеження, що накладаються нерівностями Гейзенберга". Неможливо збудувати в принципі.

По суті, зорова система просто оминає встановлену заборону. У зорової системі встановлено безліч вимірювальних приладів. Куди б не потрапив фотон, він натрапить на «вимірювальний прилад», яким є молекула світлочутливого білка. А від неї обов'язково тягнеться ниточка до макровимірювального приладу - рецептора і далі нейрону. Перетворення мікро сигналу від квантового об'єкта на макро сигнал це вже інша проблема, яку доцільно розглядати окремо. В даному аспекті слід наголосити на розумінні світлочутливого білка як вимірювального приладу для оцінки просторових та енергетичних параметрів фотона, специфічного вимірювального приладу, який дозволяє порушити обмеження, що накладаються нерівностями Гейзенберга.

По-третє, треба розібратися з розумінням величин, які входять у співвідношення невизначеностей. Взагалі, має сенс поставити питання - у співвідношенні невизначеності, дельта ікс, це що? Можливо, це взагалі помилка виміру? Спільність математичної структури рівняння фотона із співвідношенням невизначеності підказує, що дельта ікс це зовсім не помилка у вимірі координати розташування частки, а довжина хвилі, так що це зовсім не помилка виміру, розмір частинки. Довжина хвилі фотона жорстко пов'язана з імпульсом фотона відповідним рівнянням. Тому саме співвідношення і включені до нього змінні у такому розумінні набувають іншого сенсу.

Це не ми не можемо одночасно вимірятипросторову та енергетичну характеристики фотона, а фотон не може матиінших величин імпульсу і довжини хвилі, крім відповідних рівнянню фотона (і збігається з ним структурою співвідношенню невизначеності). У рівняння фотона та співвідношення невизначеностей загальна математична структура. Співвідношення невизначеностей стосовно фотону набуває форми залежності між довжиною хвилі та імпульсом. Правда при такому розумінні невизначеністьперетворюється в визначеність. А ПНГ перестає мати виняткове відношення до вимірупараметрів квантового об'єкта та починає описувати співвідношення неміж помилками виміру, а між власними параметрами квантового об'єкта. Для фотона, як найпростішого з квантових об'єктів, зв'язок між довжиною хвилі та імпульсом - природно збігається із співвідношенням "невизначеностей". При цьому вимірювальний аспект (вимір координати і імпульсу фотона) зовсім не виключається, а набуває цілком здорового глузду: як можна виміряти місце розташуванняквантового об'єкта точніше, ніж його розмір? Об'єкт є скрізь у межах свого розміру.

У цьому розмір квантового об'єкта, у разі фотона, жорстко пов'язані з енергетичної характеристикою фотона. Чим енергійніше відбуваються електромагнітні коливання (що більше частота) тим менше довжина хвилі і розмір фотона, тим менше загальна локалізація фотона.

Внаслідок подібної зміни інтерпретації математична складова співвідношення повністю зберігається. І це пояснює, чому співвідношення так чудово підтверджується в експериментах, на які всі посилаються. Які беруть участь у співвідношенні величини мають відношення не до процедури вимірювання, а до власних характеристик самої частки, в даному випадку - фотона. І співвідношення між власними просторовими та енергетичними характеристиками має жорсткий зв'язок, що описується цим співвідношенням.

По-четверте, при обґрунтуванні необхідності запровадження принципу невизначеності спеціально вказується, що його запровадження є наслідком імовірнісної інтерпретації частинок. Зокрема де Бройль вказує: «Ще раз наголосимо, що співвідношення невизначеності – неминуче слідство, з одного боку, можливості зіставити частинці певну хвилю, з іншого – загальних принципів імовірнісної інтерпретації». Виникає закономірне питання: а чи є фотон, параметри якого оцінюються рецепторами зорової системи, часткою з імовірнісною природою?

Залучення у аналізоване співвідношення параметра «розмір» частки, виявляється, у межах квантової механіки з ймовірнісної інтерпретації частинок - взагалі немає сенсу. У існуючій квантовій механіці просто немає такого поняття та параметра, як "розмір" частинки, і немає саме через імовірнісну інтерпретацію самої частки. У неї не може бути розміру, оскільки при ймовірнісній інтерпретації у частки немає, і не може бути меж, вони просто розмиті. Але це лише за імовірнісної інтерпретації. Для реального фотона "розміром" частки є довжина хвилі. Один період електромагнітних коливань, власне, і є фотоном, квантом світла.

Таким розумінням, до речі, легко пояснюється корпускулярний хвильовий дуалізм. Усередині частки – хвиля, а один період коливання – частка. Хвильові властивості частки це її внутрішні властивості, а при розгляді тієї ж частки зовні це корпускула, квант, частка, щось дискретне.

Звичайно, таке розуміння не відповідає розумінню, прийнятому в квантовій механіці. Коли створювалася квантова механіка, для квантових об'єктів було прийнято матричний опис частинок. Під часткою зазвичай розглядався електрон, і для нього вивели всі квантові закономірності. Потім ці закономірності почали переносити і електромагнітне випромінювання. Як фотон також стали розуміти хвильовий пакет. Навіть якщо монохроматична хвиля, в реальних умовах вона розпадається на безліч гармонік. Сукупність всіх коливань, пов'язаних з основною монохроматичною хвилею, стали називати хвильовим пакетом, а пакет - фотоном. Для хвильового пакета природним чином підійшов прийнятий для часток імовірнісний опис.

Однак, «що» насправді поглинається зоровою системою людини, «який» фотон поглинається рецептором – хвильовий пакет із сукупності гармонік, чи один період монохроматичного електромагнітного коливання?

Що є «зеленим», «червоним» тощо?

Параметри «якого» об'єкта оцінює рецептор?

За моїми уявленнями – звичайно фотон як період електромагнітного коливання. Будь-які там розбігання хвильового пакета можливо й існують, але вони лише заважає виміру і тому ігнорується чи згладжується вимірювальною системою, а оцінюється основний параметр головної гармоніки. Причому достатньо оцінити лише один параметр: або імпульс, або довжину хвилі, щоб знати те й інше. В силу наявності жорсткого зв'язку між довжиною хвилі та імпульсом – це два взаємодоповнюючі параметри частинки по співвідношенню визначеностей.