Як далеко бачить людина. Як далеко край Всесвіту віддалений від найдальшої галактики? Скільки кольорів ми бачимо

22-08-2011, 06:44

Опис

За часів Громадянської війни в Америці доктор Герман Снеллен розробив таблицю для перевірки зору з відстані двадцяти футів (6 м). І досі таблиці, розроблені за зразком, прикрашають стіни в кабінетах окулістів і шкільних медсестер.

У дев'ятнадцятому столітті фахівці в галузі зору визначили, що ми повинні бути здатні бачити з відстані двадцяти футів (6 м) літери заввишки трохи менше ніж 1,25 см. Вважається, що ті, хто може бачити літери такого розміру, мають досконалий зір. тобто 20/20.

З того часу витекло багато води. Світ змінився кардинально. Відбулася науково-технічна революція, був переможений поліомієліт, людина побувала на Місяці, з'явилися комп'ютери та стільникові телефони.

Але, незважаючи на найсучасніші технології лазерної очної хірургії, різнокольорові контактні лінзи, незважаючи на постійно зростаючі вимоги до зору, що пред'являються Інтернетом, повсякденна турбота про очі по суті залишається на тому ж рівні, що й таблиця доктора Снеллена, створена майже сто п'ятдесят років тому .

Ми визначаємо силу наших м'язів чіткого зору, вимірюючи наскільки добре ми можемо бачити крихітні літери на близькій відстані.

П'ятнадцятирічні підлітки з зором здатні розглянути дрібні літери з трьох чи чотирьох дюймів. З віком, однак, ці сили починають зменшуватись. Внаслідок природного процесу старіння у віці десь за тридцять ми втрачаємо половину нашої сили чіткого зору і здатні тримати фокус на відстані від чотирьох до восьми дюймів (від 10 до 20 сантиметрів). Протягом наступних десяти років ми знову втрачаємо половину нашої сили і наш фокус сповзає до шістнадцяти дюймів (40 см). Наступного разу ми втрачаємо половину нашого чіткого зору зазвичай між сорока та сорока п'ятьма роками. У цей період фокус збільшується до тридцяти двох дюймів (80 см), і раптово наші руки виявляються надто короткими, щоби дозволити нам читати. Хоча багато пацієнтів, яких я бачив, стверджували, що проблема полягала швидше в їхніх руках, ніж очах, всі вони віддали перевагу очкам для читання, ніж піддатися хірургічній операції з подовження рук.

Однак не тільки люди похилого вікупотребують збільшення сили зорових м'язів. Іноді я зустрічаю молодих людей і навіть дітей, яким необхідно значно збільшити цю силу, щоб читати чи навчатися, не відчуваючи втоми. Щоб одразу отримати уявлення про силу вашого власного зору, закрийте одне око рукою і наблизьтесь до таблиці для визначення гостроти зору на близькій відстані так, щоб ви могли розглянути літери на рядку 40. Тепер закрийте інше око і повторіть процес. Якщо ви носите окуляри для читання, під час перевірки надягніть їх. Після того, як ви займаєтеся вправами для тренування чіткого зору протягом двох тижнів, повторіть перевірку аналогічним чином і позначте, чи відбулися зміни.

Гнучкість

Ті, у кого предмети розпливаються перед очимапротягом перших кількох секунд, коли вони відірвуться від книги або від комп'ютера, мають труднощі з гнучкістю м'язів чіткого зору. Якщо ваші хобі або робота вимагають частої зміни фокусування очей та обрису предметів набувають чіткості не миттєво, то ви, ймовірно, втратили вже багато годин в очікуванні, коли ваш зір знову стане чітким. Наприклад, студенту, якому потрібно більше часу, ніж іншим, щоб, перевівши очі від дошки, сфокусуватися на своєму зошиту, знадобиться більше часу, щоб зробити завдання, написане на дошці.

Витривалість

Як я вже говорив раніше, недостатньо вміти назвати півдюжини букв на таблиці під час перевірки. Ви повинні вміти зберігати чіткість зору протягом якогось часу, навіть якщо ви можете прочитати рядок 20/10. Тим, хто має проблеми з витривалістю, важко зберігати чіткість зору під час читання чи керуванні автомобілем. Зазвичай вони бачать предмети нечітко, у них запалюються очі і навіть бувають головні болі, коли їм необхідно протягом тривалого часу ретельно розглядати. Ступінь легкості, з якою ви можете виконувати вправи, описані в другій половині цього розділу, дасть вам уявлення і про гнучкість, і про витривалість вашого зору.

У я розповів історію про Білла і про те, як його зір погіршився через довге сидіння в Інтернеті. Це був приклад того, як зір 20/20 можна назвати гарною стартовою позицією, але це лише стартова позиція. Наявність зору 20/20 не гарантує, що предмети будуть чіткими, коли ми відірвемо очі від книги або монітора комп'ютера, або що ми не страждатимемо від головного болю або неприємного відчуття в шлунку при читанні. Наявність зору 20/20 не гарантує, що ми можемо добре розглянути, що написано на дорожніх знаках уночі, або бачити так само добре, як інші люди.

Найбільше, що може гарантувати зір 20/20, - це те, що ми можемо, перебуваючи на відстані від таблиці, створеної в ХІХ столітті, утримувати зір у фокусі досить довго, щоб прочитати шість чи вісім літер.

« То чому ж ми маємо погоджуватися на зір 20/20?» - Запитайте ви.

Моя відповідь, звичайно ж: « А справді, чому?»

Навіщо погоджуватися на запалені очі чи головний біль під час роботи на комп'ютері? Навіщо погоджуватися на додаткові зусилля, які мимоволі виснажують нас, коли ми читаємо, і змушують нас почуватися наприкінці дня як вичавлений лимон? Навіщо погоджуватись на напругу, з якою ми намагаємося розглянути дорожні знаки, коли рухаємось увечері у потоці транспорту? Хіба не треба було поховати цю старозавітну таблицю для перевірки зору ще задовго до кінця двадцятого сторіччя? Коротше кажучи, чому ми маємо погоджуватися з тим, що наш зір не відповідає ері Інтернету?

Що ж, якщо ви хочете, щоб якість вашого зору відповідала вимогам двадцять першого століття, тоді прийшов час попрацювати над гнучкістю ваших очних м'язів.

Але перш ніж почати, дозвольте мені застерегти вас. Як і у випадку з будь-якими іншими вправами, випробування ваших м'язів очей може спочатку викликати біль і неприємні відчуття. Ваші очі можуть горіти від напруження. Ви можете відчути невеликий головний біль. Навіть ваш живіт може чинити опір вправам, тому що ним керує та ж сама нервова система, що керує фокусуванням ваших очей. Але якщо ви не відступитеся і продовжуватимете займатися протягом семи хвилин на день (по три з половиною хвилини на кожне око), болі та неприємні відчуття поступово підуть, і ви перестанете їх відчувати не тільки під час виконання вправ, але й протягом іншого часу дня також.

Точність. Сила. Гнучкість. Витривалість. Ось які якості ваші очі набудуть в результаті фітнес для очей.

Ну що ж. Сказано вже достатньо. Давайте приступимо. Навіть якщо ви вирішите спочатку перегорнути всю книгу повністю, а займатися почнете пізніше, я все ж таки рекомендую вам відразу спробувати виконати вправу «Чіткий зір I» - просто щоб отримати уявлення про те, як працюють ваші м'язи очей. Або якщо ви волієте не вставати з місця, то спробуйте зробити вправу "Чіткий зір III" - тільки не дуже напружуйтеся.

Коли ви знайомитиметеся з вправами, наведеними в цій книзі, не читайте опис всієї вправи відразу. Перш ніж читати опис наступного етапу вправи, виконайте попередній. Найкраще виконувати вправу, а не просто читати про неї. Так ви не заплутаєтесь, і у вас все вийде.

Комплекс вправ «Чіткий Зір»

Чіткий зір 1

Пропоную вам три таблиці для тренування чіткості зору:таблицю з великими літерами для тренування далекого зору та дві таблиці (А та В) з маленькими літерами для тренування ближнього зору. Виріжте їх із книги або зробіть копії.

Якщо ви не потребуєте окулярів, це чудово!Для цих вправ вони вам не знадобляться. Якщо вам прописали окуляри для постійного носіння, будьте в них, виконуючи вправи. Якщо у вас окуляри з невеликими діоптріями і ваш лікар сказав, що ви можете носити їх, коли хочете, і ви вважаєте за краще обходитися без них, то і вправу спробуйте виконувати також без окулярів.

А якщо ви волієте їх носити, то і вправу виконуйте також у них.

Виконуйте вправу в такому порядку:

1. Прикріпіть таблицю для тренування далекого зору до добре освітленої стіни.

2. Відійдіть від таблиці на таку відстань, щоб ви могли добре бачити всі літери – приблизно від шести до десяти футів (1,8 м до 3 м).

3. Тримайте таблицю для перевірки ближнього зору у правій руці.

4. Закрийте ліве око лівою долонею. Не притискайте її до ока, а зігніть так, щоб обидва очі залишалися відкритими.

5. Наблизьте таблицю А так близько до ока, щоб було зручно читати букви - приблизно від шести до десяти дюймів (15 см до 25 см). Якщо вам понад сорок років, то вам, ймовірно, доведеться починати з шістнадцяти дюймів (40 см).

6. У цьому положенні (з закритою долонею лівим оком, стоячи на такій відстані від таблиці для перевірки далекого зору, щоб ви могли вільно читати її, і з таблицею А, наближеною до очей так близько, щоб вам було зручно читати її) прочитайте перші три літери на таблиці для перевірки далекого зору: Е, F, Т.

7. Переведіть очі на таблицю для перевірки ближнього зору та прочитайте наступні три літери: Z, А, С.

9. Закінчивши читання таблиць правим оком (і витративши на це три з половиною хвилини), візьміть ближню таблицю в ліву руку, а праве око закрийте долонею, знову ж таки не натискаючи на нього, а так, щоб він під долонею залишався відкритим.

10. Прочитайте таблиці лівим оком, по три літери за раз, як і, як ви читали їх правим оком: Е, F, Т - далека таблиця, Z, А, З - ближня таблиця тощо.

Під час виконання вправи "Чіткий зір I"ви помітите, що спочатку, переводячи погляд з однієї таблиці на іншу, вам потрібно кілька секунд, щоб сфокусуватися на них. Щоразу, коли ви дивитеся в далечінь, ви розслабляєте очні м'язи і напружуєте їх, коли розглядаєте щось на близькій відстані. Чим швидше ви можете перефокусувати погляд, тим вища гнучкість ваших м'язів очей. Чим довше ви можете виконувати вправу, не відчуваючи втоми, тим більша витривалість ваших м'язів очей. Працюючи з таблицями, ви тримаєте їх на зручній для себе відстані, щоб звикнути напружувати і розслаблювати очні м'язи, не напружуючи при цьому очі. Принаймні спочатку, працюйте з цією вправою не довше семи хвилин на день - три з половиною хвилини кожним оком. Поступово відсувайтеся все далі від великої таблиці, а маленьку підносите до очей дедалі ближче. Як тільки ви зможете виконувати цю вправу, не відчуваючи дискомфорту, ви готові переходити до вправи "Чіткий зір II".

Чіткий зір 2

Метою вправи «Чіткий зір I»було навчитися швидко і без напруги переміщувати фокус зору різні відстані. Ця навичка також допоможе вам утримувати фокус під час читання, керування автомобілем або коли вам потрібно розглянути деталі будь-якого об'єкта. Виконуючи вправу «Чіткий зір І», ви ще більше розширите діапазон чіткості та збільшите силу та точність зору.

Працюючи над вправою "Чіткий зір II", дотримуйтесь тієї ж процедурі з десяти кроків, як у вправі «Чіткий зір I», лише з деякими винятками, саме: у кроці 2 відійдіть від великої таблиці на таку відстань, поки що зможете розпізнавати буквы. Наприклад, якщо у вправі «Чіткий зір I» ви могли легко бачити літери, стоячи на відстані десяти футів (3 м) від таблиці, тепер станьте на відстань дванадцять футів (3,6 м) від неї. У міру того, як ви почнете бачити краще, продовжуйте відсуватися від таблиці, поки не зможете читати букви на відстані двадцяти футів (6 м).

Аналогічно в кроці 5: замість того, щоб тримати маленьку таблицю в руках так близько, щоб вам було зручно читати її, тепер посуньте її до очей на кілька сантиметрів ближче, тобто на таку відстань, щоб вам потрібно було докладати зусиль, читаючи букви. Працюйте, доки не зможете читати таблицю на відстані близько чотирьох дюймів (10 см) від очей. Якщо вам понад сорок років, ймовірно, ви не зможете читати таблицю на відстані чотирьох дюймів. Вам, можливо, доведеться тренуватися на відстані шість (15 см) або десять дюймів (25 см), або навіть шістнадцять дюймів (40 см). Ви самі повинні визначити потрібну відстань. Переконайтеся, що ви тримаєте таблицю на такій близькій відстані від очей, що можете ледве розрізняти літери. У міру тренувань ви розширите діапазон чіткого зору.

Коли ви можете стояти на відстані десять футів (3 м) від таблиці для перевірки далекого зору та чітко бачити всі літери, гострота вашого зору становитиме 20/20. Якщо ви зможете відступити від неї ще трішки - на тринадцять футів (3,9 метра) і все ще бачити літери, ваш зір дорівнюватиме приблизно 20/15. І, нарешті, якщо ви можете чітко бачити літери на таблиці на відстані двадцять футів (6 м), це означає, що гострота вашого зору подвоїлася в порівнянні з тими короткозорими вченими дев'ятнадцятого століття, тобто ваш зір становить 20/10 – ви можете бачити з двадцяти футів те, що вони могли побачити лише з десяти.

Чіткий зір III

Вправа «Чіткий зір ІІІ»призначене для того, щоб ще більше збільшити точність, силу, гнучкість та витривалість ваших очей у межах досяжності витягнутої руки. Його можна легко виконувати, сидячи за робочим столом.

Використовуйте таблицю "В" для визначення чіткості ближнього зору. Якщо у вас є окуляри для читання, виконуйте вправи у них. Якщо таблиця занадто мала, щоб ви могли розглянути на ній літери навіть в окулярах, тоді використовуйте таблицю А.

Виконайте такі кроки.

1. Закрийте одне око долонею.

2. Наблизьте до іншого ока таблицю так близько, щоб вам зручно було читати літери.

3. М'яко моргніть і подивіться, чи зможете ви наблизити до себе таблицю ще трохи, але так, щоб ви могли все ж таки утримувати фокус.

4. Потім відсуньте від себе таблицю так далеко, щоб вам було ще зручно читати літери - по можливості на відстань витягнутої руки.

5. М'яко моргніть і подивіться, чи зможете ви відсунути від себе таблицю ще трохи, але так, щоб ви могли все ж таки утримувати фокус.

7. Закінчивши виконувати вправу одним оком, закрийте його долонею і повторюйте всю процедуру іншим оком ще протягом трьох хвилин.

8. Нарешті, протягом однієї хвилини, відкривши обидва очі, переміщуйте таблицю то далі, то ближче до очей.

Закінчивши вправу "Чіткий зір I", ви можете чергувати вправи, виконуючи в один день вправу "Чіткий зір II", а в інший - "Чіткий зір III", витрачаючи на кожне сім хвилин.

Графік виконання вправ

Докладніше про графік ваших занять я розповім у розділі 10, але якщо ви хочете приступити зараз, то працюйте з вправами по сім хвилин на день, в один і той же час. У цьому випадку ви вже будете на шляху до кращого тренування вашого зору навіть раніше, ніж закінчите читати цю книгу.

Стаття з книги:

Розповідає про дивовижні властивості нашого зору - від здатності бачити далекі галактики до можливості вловлювати невидимі, начебто, світлові хвилі.

Окиньте поглядом кімнату, де перебуваєте – що ви бачите? Стіни, вікна, різнокольорові предмети - все це здається таким звичним і само собою зрозумілим. Легко забути про те, що ми бачимо навколишній світ лише завдяки фотонам - світловим частинкам, що відбиваються від об'єктів і потрапляють на сітківку ока.

У сітківці кожного з наших очей розташовано приблизно 126 млн. світлочутливих клітин. Мозок розшифровує отриману від цих клітин інформацію про напрям і енергії фотонів, що потрапляють на них, і перетворює її на різноманітність форм, кольорів та інтенсивності освітлення навколишніх предметів.

У людського зору є межі. Так, ми не здатні ні побачити радіохвилі, що випромінюються електронними пристроями, ні розглянути неозброєним оком найдрібніші бактерії.

Завдяки прогресу у сфері фізики та біології можна визначити межі природного зору. "У будь-яких видимих ​​нами об'єктів є певний "поріг", нижче за який ми перестаємо їх розрізняти", - говорить Майкл Ленді, професор психології та нейробіології в Нью-Йоркському університеті.

Спершу розглянемо цей поріг з погляду нашої здатності розрізняти кольори - мабуть, найпершої здібності, яка спадає на думку стосовно зору.

Наша здатність відрізняти, наприклад, фіолетовий колір від пурпурового, пов'язана з довжиною хвилі фотонів, що потрапляють на сітківку ока. У сітківці є два типи світлочутливих клітин - палички та колбочки. Колбочки відповідають за сприйняття кольору (так званий денний зір), а палички дозволяють нам бачити відтінки сірого кольору при низькому освітленні - наприклад, вночі (нічний зір).

У людському оці є три види колб і відповідне їм число типів опсинів, кожен з яких відрізняється особливою чутливістю до фотонів з певним діапазоном довжин світлових хвиль.

Колбочки S-типу чутливі до фіолетово-синьої короткохвильової частини видимого спектру; колбочки M-типу відповідають за зелено-жовту (середньохвильову), а колбочки L-типу - за жовто-червону (довгохвильову).

Всі ці хвилі, а також їх комбінації дозволяють нам бачити повний діапазон кольорів веселки. "Всі джерела видимого людиною світла, за винятком низки штучних (таких, як заломлююча призма або лазер), випромінюють суміш хвиль різної довжини", - каже Ленді.

Зі всіх існуючих у природі фотонів наші колбочки здатні фіксувати лише ті, які характеризуються довжиною хвиль у дуже вузькому діапазоні (як правило, від 380 до 720 нанометрів) – це називається спектром видимого випромінювання. Нижче за цей діапазон знаходяться інфрачервоний і радіоспектри – довжина хвиль низькоенергетичних фотонів останнього варіюється від міліметрів до кількох кілометрів.

З іншого боку видимого діапазону хвиль розташований ультрафіолетовий спектр, за яким слідує рентгенівський, а потім - спектр гамма-випромінювання з фотонами, довжина хвиль яких не перевищує трильйонні частки метра.

Хоча зір більшості з нас обмежений видимим спектром, люди з афакією – відсутністю в оці кришталика (внаслідок хірургічної операції при катаракті або, рідше, внаслідок вродженого дефекту) – здатні бачити ультрафіолетові хвилі.

У здоровому оці кришталик блокує хвилі ультрафіолетового діапазону, але за його відсутності людина здатна сприймати хвилі завдовжки приблизно до 300 нанометрів як біло-блакитний колір.

У дослідженні 2014 р. наголошується, що у якомусь сенсі ми всі можемо бачити й інфрачервоні фотони. Якщо два таких фотона практично одночасно потраплять на ту саму клітину сітківки, їх енергія може підсумовуватися, перетворивши невидимі хвилі завдовжки, скажімо, в 1000 нанометрів у видиму хвилю завдовжки 500 нанометрів (більшість з нас сприймає хвилі цієї довжини як холодний зелений колір). .

Скільки кольорів ми бачимо?

В оці здорової людини три типи колб, кожен з яких здатний розрізняти близько 100 різних колірних відтінків. З цієї причини більшість дослідників оцінює кількість кольорів, що розрізняються нами, приблизно в мільйон. Однак сприйняття кольору дуже суб'єктивне та індивідуальне.

Джемесон знає, що говорить. Вона вивчає зір тетрахроматів – людей, які мають воістину надлюдські здібності до розрізнення кольорів. Тетрахроматія зустрічається рідко, здебільшого у жінок. В результаті генетичної мутації у них є додатковий, четвертий вид колб, що дозволяє їм, за грубими підрахунками, бачити до 100 млн кольорів. (У людей, які страждають на колірну сліпоту, або дихроматів, всього два типи колб - вони розрізняють не більше 10 000 кольорів.)

Скільки нам потрібно фотонів, щоб побачити джерело світла?

Як правило, колбочки для оптимального функціонування потрібно набагато більше світла, ніж паличкам. Тому при низькому освітленні наша здатність розрізняти кольори падає, а за роботу приймаються палички, що забезпечують чорно-білий зір.

В ідеальних лабораторних умовах на тих ділянках сітківки, де палички здебільшого відсутні, колбочки можуть активуватися при попаданні на них лише кілька фотонів. Однак палички справляються із завданням реєстрації навіть самого тьмяного світла ще краще.

Як показують експерименти, вперше проведені в 1940-х рр., одного кванта світла достатньо для того, щоб наше око його побачило. "Людина здатна побачити один-єдиний фотон, - каже Браян Уонделл, професор психології та електротехніки в Стенфордському університеті. - У більшій чутливості сітківки просто немає сенсу".

У 1941 р. дослідники з Колумбійського університету провели експеримент - піддослідних заводили в темну кімнату і давали очам певний час на адаптацію. Для досягнення повної чутливості паличкам потрібно кілька хвилин; саме тому, коли ми вимикаємо у приміщенні світло, то на якийсь час втрачаємо здатність щось бачити.

Потім в обличчя випробуваним спрямовували миготливе синьо-зелене світло. Імовірніше вище звичайної випадковості учасники експерименту реєстрували спалах світла при попаданні на сітківку всього 54 фотонів.

Не всі фотони, що досягають сітківки, реєструються світлочутливими клітинами. Враховуючи цю обставину, вчені дійшли висновку, що всього п'ятьох фотонів, які активують п'ять різних паличок у сітківці, достатньо, щоб людина побачила спалах.

Найменший і найвіддаленіший видимі об'єкти

Наступний факт може вас здивувати: наша здатність побачити об'єкт залежить зовсім не від його фізичних розмірів або видалення, а від того, чи потраплять хоча б кілька фотонів, що випромінюються ним, на нашу сітківку.

"Єдине, що потрібно оку, щоб щось побачити, - це певна кількість світла, випромінюваного або відбитого на нього об'єктом, - говорить Ленді. - Все зводиться до фотонів, що досягли сітківки. Яким би мініатюрним не було джерело світла, нехай навіть він проіснує частки секунди, ми все одно здатні його побачити, якщо він випромінює достатню кількість фотонів.

У підручниках з психології часто зустрічається твердження про те, що у безхмарну темну ніч полум'я свічки можна помітити з відстані до 48 км. Насправді ж наша сітківка постійно бомбардується фотонами, так що один-єдиний квант світла, випромінюваний з великої відстані, просто загубиться на їхньому фоні.

Щоб уявити, наскільки далеко ми здатні бачити, поглянемо на нічне небо, засіяне зірками. Розміри зірок величезні; багато хто з тих, що ми спостерігаємо неозброєним поглядом, досягають мільйонів км у діаметрі.

Однак навіть найближчі до нас зірки розташовані на відстані понад 38 трильйонів кілометрів від Землі, тому їх видимі розміри настільки малі, що наше око не здатне їх розрізнити.

З іншого боку, ми все одно спостерігаємо зірки у вигляді яскравих точкових джерел світла, оскільки фотони, що їх випромінюють, долають гігантські відстані, що розділяють нас, і потрапляють на нашу сітківку.

Всі окремі видимі зірки на нічному небосхилі знаходяться в нашій галактиці – Чумацькому Шляху. Найвіддаленіший від нас об'єкт, який людина в змозі розглянути неозброєним оком, розташований за межами Чумацького Шляху і сам є зоряним скупченням – це Туманність Андромеди, що знаходиться на відстані 2,5 млн світлових років, або 37 квінтильйонів км, від Сонця. (Деякі люди стверджують, що особливо темними ночами гострий зір дозволяє їм побачити Галактику Трикутника, розташовану на видаленні близько 3 млн. світлових років, але нехай це твердження залишиться на їх совісті.)

Туманність Андромеди налічує один трильйон зірок. Через велику віддаленість всі ці світила зливаються для нас в ледь помітну плямку світла. При цьому розміри Туманності Андромеди є колосальними. Навіть на такій гігантській відстані її кутовий розмір у шість разів перевищує діаметр повного Місяця. Однак до нас долітає настільки мало фотонів із цієї галактики, що вона ледь помітна на нічному небі.

Межа гостроти зору

Чому ж ми не здатні розглянути окремі зірки у Туманності Андромеди? Справа в тому, що у роздільної здатності, або гостроти зору є свої обмеження. (Під гостротою зору мається на увазі здатність розрізняти такі елементи, як точка або лінія, як окремі об'єкти, що не зливаються із сусідніми об'єктами або з тлом.)

Фактично гостроту зору можна описувати так само, як і дозвіл комп'ютерного монітора - в мінімальному розмірі пікселів, які ми здатні розрізняти як окремі точки.

Обмеження гостроти зору залежать від кількох факторів – таких як відстань між окремими колбочками та паличками сітківки ока. Не менш важливу роль відіграють і оптичні характеристики очного яблука, через які далеко не кожен фотон потрапляє на світлочутливу клітину.

Теоретично, як показують дослідження, гострота нашого зору обмежується здатністю розрізняти близько 120 пікселів на кутовий градус (одиницю кутового виміру).

Практичною ілюстрацією меж гостроти людського зору може бути розташований на відстані витягнутої руки об'єкт площею з ніготь, з нанесеними на ньому 60 горизонтальними та 60 вертикальними лініями поперемінно білого та чорного кольорів, що утворюють подібність до шахової дошки. "Мабуть, це найдрібніший малюнок, який ще може розрізнити людське око", - каже Ленді.

У цьому принципі засновані таблиці, використовувані окулістами перевірки гостроти зору. Найбільш відома в Росії таблиця Сівцева є рядами чорних великих букв на білому тлі, розмір шрифту яких з кожним рядом стає все менше.

Гострота зору людини визначається за тим, на якому розмірі шрифту він перестає чітко бачити контури літер і починає їх плутати.

Саме межею гостроти зору пояснюється те що, що ми здатні розглянути неозброєним оком біологічну клітину, розміри якої становлять лише кілька мікрометрів.

Але не варто сумувати з цього приводу. Здатність розрізняти мільйон кольорів, вловлювати одиночні фотони і бачити галактики на видаленні в кілька квінтильйонів кілометрів - дуже непоганий результат, якщо врахувати, що наш зір забезпечується парою желеподібних кульок в очницях, з'єднаних з півторакілограмової масою пористої в черепній коробці.

August 17th, 2015 , 09:25 am

Пропонуємо вам дізнатися про дивовижні властивості нашого зору - від здатності бачити далекі галактики до можливості вловлювати невидимі, здавалося б, світлові хвилі.

Окиньте поглядом кімнату, де перебуваєте – що ви бачите? Стіни, вікна, різнокольорові предмети - все це здається таким звичним і само собою зрозумілим. Легко забути про те, що ми бачимо навколишній світ лише завдяки фотонам - світловим частинкам, що відбиваються від об'єктів і потрапляють на сітківку ока.

У сітківці кожного з наших очей розташовано приблизно 126 млн. світлочутливих клітин. Мозок розшифровує отриману від цих клітин інформацію про напрям і енергії фотонів, що потрапляють на них, і перетворює її на різноманітність форм, кольорів та інтенсивності освітлення навколишніх предметів.

У людського зору є межі. Так, ми не здатні ні побачити радіохвилі, що випромінюються електронними пристроями, ні розглянути неозброєним оком найдрібніші бактерії.

Завдяки прогресу у сфері фізики та біології можна визначити межі природного зору. "У будь-яких видимих ​​нами об'єктів є певний "поріг", нижче за який ми перестаємо їх розрізняти", - говорить Майкл Ленді, професор психології та нейробіології в Нью-Йоркському університеті.

Спершу розглянемо цей поріг з погляду нашої здатності розрізняти кольори - мабуть, найпершої здібності, яка спадає на думку стосовно зору.

Наша здатність відрізняти, наприклад, фіолетовий колір від пурпурового, пов'язана з довжиною хвилі фотонів, що потрапляють на сітківку ока. У сітківці є два типи світлочутливих клітин - палички та колбочки. Колбочки відповідають за сприйняття кольору (так званий денний зір), а палички дозволяють нам бачити відтінки сірого кольору при низькому освітленні - наприклад, вночі (нічний зір).

У людському оці є три види колб і відповідне їм число типів опсинів, кожен з яких відрізняється особливою чутливістю до фотонів з певним діапазоном довжин світлових хвиль.

Колбочки S-типу чутливі до фіолетово-синьої короткохвильової частини видимого спектру; колбочки M-типу відповідають за зелено-жовту (середньохвильову), а колбочки L-типу - за жовто-червону (довгохвильову).

Всі ці хвилі, а також їх комбінації дозволяють нам бачити повний діапазон кольорів веселки. "Всі джерела видимого людиною світла, за винятком низки штучних (таких, як заломлююча призма або лазер), випромінюють суміш хвиль різної довжини", - каже Ленді.

Зі всіх існуючих у природі фотонів наші колбочки здатні фіксувати лише ті, які характеризуються довжиною хвиль у дуже вузькому діапазоні (як правило, від 380 до 720 нанометрів) – це називається спектром видимого випромінювання. Нижче за цей діапазон знаходяться інфрачервоний і радіоспектри – довжина хвиль низькоенергетичних фотонів останнього варіюється від міліметрів до кількох кілометрів.

З іншого боку видимого діапазону хвиль розташований ультрафіолетовий спектр, за яким слідує рентгенівський, а потім - спектр гамма-випромінювання з фотонами, довжина хвиль яких не перевищує трильйонні частки метра.

Хоча зір більшості з нас обмежений видимим спектром, люди з афакією – відсутністю в оці кришталика (внаслідок хірургічної операції при катаракті або, рідше, внаслідок вродженого дефекту) – здатні бачити ультрафіолетові хвилі.

У здоровому оці кришталик блокує хвилі ультрафіолетового діапазону, але за його відсутності людина здатна сприймати хвилі завдовжки приблизно до 300 нанометрів як біло-блакитний колір.

У дослідженні 2014 р. наголошується, що у якомусь сенсі ми всі можемо бачити й інфрачервоні фотони. Якщо два таких фотона практично одночасно потраплять на ту саму клітину сітківки, їх енергія може підсумовуватися, перетворивши невидимі хвилі завдовжки, скажімо, в 1000 нанометрів у видиму хвилю завдовжки 500 нанометрів (більшість з нас сприймає хвилі цієї довжини як холодний зелений колір). .

Скільки кольорів ми бачимо?

В оці здорової людини три типи колб, кожен з яких здатний розрізняти близько 100 різних колірних відтінків. З цієї причини більшість дослідників оцінює кількість кольорів, що розрізняються нами, приблизно в мільйон. Однак сприйняття кольору дуже суб'єктивне та індивідуальне.

Джемесон знає, що говорить. Вона вивчає зір тетрахроматів – людей, які мають воістину надлюдські здібності до розрізнення кольорів. Тетрахроматія зустрічається рідко, здебільшого у жінок. В результаті генетичної мутації у них є додатковий, четвертий вид колб, що дозволяє їм, за грубими підрахунками, бачити до 100 млн кольорів. (У людей, які страждають на колірну сліпоту, або дихроматів, всього два типи колб - вони розрізняють не більше 10 000 кольорів.)

Скільки нам потрібно фотонів, щоб побачити джерело світла?

Як правило, колбочки для оптимального функціонування потрібно набагато більше світла, ніж паличкам. Тому при низькому освітленні наша здатність розрізняти кольори падає, а за роботу приймаються палички, що забезпечують чорно-білий зір.

В ідеальних лабораторних умовах на тих ділянках сітківки, де палички здебільшого відсутні, колбочки можуть активуватися при попаданні на них лише кілька фотонів. Однак палички справляються із завданням реєстрації навіть самого тьмяного світла ще краще.

Як показують експерименти, вперше проведені в 1940-х рр., одного кванта світла достатньо для того, щоб наше око його побачило. "Людина здатна побачити один-єдиний фотон, - каже Браян Уонделл, професор психології та електротехніки в Стенфордському університеті. - У більшій чутливості сітківки просто немає сенсу".

У 1941 р. дослідники з Колумбійського університету провели експеримент - піддослідних заводили в темну кімнату і давали очам певний час на адаптацію. Для досягнення повної чутливості паличкам потрібно кілька хвилин; саме тому, коли ми вимикаємо у приміщенні світло, то на якийсь час втрачаємо здатність щось бачити.

Потім в обличчя випробуваним спрямовували миготливе синьо-зелене світло. Імовірніше вище звичайної випадковості учасники експерименту реєстрували спалах світла при попаданні на сітківку всього 54 фотонів.

Не всі фотони, що досягають сітківки, реєструються світлочутливими клітинами. Враховуючи цю обставину, вчені дійшли висновку, що всього п'ятьох фотонів, які активують п'ять різних паличок у сітківці, достатньо, щоб людина побачила спалах.

Найменший і найвіддаленіший видимі об'єкти

Наступний факт може вас здивувати: наша здатність побачити об'єкт залежить зовсім не від його фізичних розмірів або видалення, а від того, чи потраплять хоча б кілька фотонів, що випромінюються ним, на нашу сітківку.

"Єдине, що потрібно оку, щоб щось побачити, - це певна кількість світла, випромінюваного або відбитого на нього об'єктом, - говорить Ленді. - Все зводиться до фотонів, що досягли сітківки. Яким би мініатюрним не було джерело світла, нехай навіть він проіснує частки секунди, ми все одно здатні його побачити, якщо він випромінює достатню кількість фотонів.

У підручниках з психології часто зустрічається твердження про те, що у безхмарну темну ніч полум'я свічки можна помітити з відстані до 48 км. Насправді ж наша сітківка постійно бомбардується фотонами, так що один-єдиний квант світла, випромінюваний з великої відстані, просто загубиться на їхньому фоні.

Щоб уявити, наскільки далеко ми здатні бачити, поглянемо на нічне небо, засіяне зірками. Розміри зірок величезні; багато хто з тих, що ми спостерігаємо неозброєним поглядом, досягають мільйонів км у діаметрі.

Однак навіть найближчі до нас зірки розташовані на відстані понад 38 трильйонів кілометрів від Землі, тому їх видимі розміри настільки малі, що наше око не здатне їх розрізнити.

З іншого боку, ми все одно спостерігаємо зірки у вигляді яскравих точкових джерел світла, оскільки фотони, що їх випромінюють, долають гігантські відстані, що розділяють нас, і потрапляють на нашу сітківку.

Всі окремі видимі зірки на нічному небосхилі знаходяться в нашій галактиці – Чумацькому Шляху. Найвіддаленіший від нас об'єкт, який людина в змозі розглянути неозброєним оком, розташований за межами Чумацького Шляху і сам є зоряним скупченням – це Туманність Андромеди, що знаходиться на відстані 2,5 млн світлових років, або 37 квінтильйонів км, від Сонця. (Деякі люди стверджують, що особливо темними ночами гострий зір дозволяє їм побачити Галактику Трикутника, розташовану на видаленні близько 3 млн. світлових років, але нехай це твердження залишиться на їх совісті.)

Туманність Андромеди налічує один трильйон зірок. Через велику віддаленість всі ці світила зливаються для нас в ледь помітну плямку світла. При цьому розміри Туманності Андромеди є колосальними. Навіть на такій гігантській відстані її кутовий розмір у шість разів перевищує діаметр повного Місяця. Однак до нас долітає настільки мало фотонів із цієї галактики, що вона ледь помітна на нічному небі.

Межа гостроти зору

Чому ж ми не здатні розглянути окремі зірки у Туманності Андромеди? Справа в тому, що у роздільної здатності, або гостроти зору є свої обмеження. (Під гостротою зору мається на увазі здатність розрізняти такі елементи, як точка або лінія, як окремі об'єкти, що не зливаються із сусідніми об'єктами або з тлом.)

Фактично гостроту зору можна описувати так само, як і дозвіл комп'ютерного монітора - в мінімальному розмірі пікселів, які ми здатні розрізняти як окремі точки.

Обмеження гостроти зору залежать від кількох факторів – таких як відстань між окремими колбочками та паличками сітківки ока. Не менш важливу роль відіграють і оптичні характеристики очного яблука, через які далеко не кожен фотон потрапляє на світлочутливу клітину.

Теоретично, як показують дослідження, гострота нашого зору обмежується здатністю розрізняти близько 120 пікселів на кутовий градус (одиницю кутового виміру).

Практичною ілюстрацією меж гостроти людського зору може бути розташований на відстані витягнутої руки об'єкт площею з ніготь, з нанесеними на ньому 60 горизонтальними та 60 вертикальними лініями поперемінно білого та чорного кольорів, що утворюють подібність до шахової дошки. "Мабуть, це найдрібніший малюнок, який ще може розрізнити людське око", - каже Ленді.

У цьому принципі засновані таблиці , використовувані окулістами перевірки гостроти зору. Найбільш відома в Росії таблиця Сівцева є рядами чорних великих букв на білому тлі, розмір шрифту яких з кожним рядом стає все менше.

Гострота зору людини визначається за тим, на якому розмірі шрифту він перестає чітко бачити контури літер і починає їх плутати.

Саме межею гостроти зору пояснюється те що, що ми здатні розглянути неозброєним оком біологічну клітину, розміри якої становлять лише кілька мікрометрів.

Але не варто сумувати з цього приводу. Здатність розрізняти мільйон кольорів, вловлювати одиночні фотони і бачити галактики на видаленні в кілька квінтильйонів кілометрів - дуже непоганий результат, якщо врахувати, що наш зір забезпечується парою желеподібних кульок в очницях, з'єднаних з півторакілограмової масою пористої в черепній коробці.

Скільки кольорів ми можемо бачити?

Здорове людське око має три типи колб, кожен з яких може розрізняти близько 100 різних колірних відтінків, тому більшість дослідників сходяться на думці, що наші очі загалом можуть розрізнити приблизно мільйон відтінків. Проте сприйняття кольору – це досить суб'єктивна здатність, яка варіюється від людини до людини, тому визначити точні цифри досить складно.

«Досить важко перекласти це на цифри, – каже Кімберлі Джеймісон, науковий співробітник Каліфорнійського університету в Ірвіні. – Те, що бачить одна людина, може бути лише частиною кольорів, які бачить інша людина».

Джеймісон знає, про що говорить, оскільки працює з «тетрахроматами» - людьми, які мають «надлюдський» зір. Ці рідкісні індивіди, в основному жінки, мають генетичну мутацію, яка подарувала їм додаткові четверті колбочки. Грубо кажучи, завдяки четвертому набору колб, тетрахромати можуть розглянути 100 мільйонів кольорів. (Люди з колірною сліпотою, дихромати, мають лише два види колб і бачать приблизно 10 000 кольорів).

Скільки мінімум фотонів потрібно бачити?

Для того щоб кольоровий зір працював, колбочкам, як правило, потрібно набагато більше світла, ніж їхнім колегам-паличкам. Тому в умовах низького освітлення колір "гасне", оскільки на передній план виходять монохроматичні палички.

В ідеальних лабораторних умовах і в місцях сітківки, де палички здебільшого відсутні, колбочки можуть бути активовані лише жменькою фотонів. І все ж таки палички краще справляються в умовах розсіяного світла. Як показали експерименти 40-х років, одного кванта світла достатньо, щоби привернути нашу увагу. «Люди можуть реагувати на один фотон, – каже Брайан Уонделл, професор психології та електротехніки у Стенфорді. - Немає жодного сенсу в ще більшій чутливості».


1941 року дослідники Колумбійського університету посадили людей у ​​темну кімнату і дали їх очам пристосуватися. Паличкам знадобилося кілька хвилин, щоб досягти повної чутливості - ось чому у нас виникають проблеми із зором, коли раптово гасне світло.

Потім вчені запалили синьо-зелене світло перед випробуваними. На рівні, що перевищує статистичну випадковість, учасники змогли зафіксувати світло, коли перші 54 фотони досягли їх очей.

Після компенсації втрати фотонів через всмоктування іншими компонентами ока вчені виявили, що вже п'ять фотонів активують п'ять окремих паличок, які дають відчуття світла учасникам.

Яка межа найдрібнішого і найдальшого, що ми можемо побачити?

Цей факт може вас здивувати: немає жодного внутрішнього обмеження найдрібнішої чи найдальшої речі, яку ми можемо побачити. Поки об'єкти будь-якого розміру, на будь-якій відстані передають фотони клітинам сітківки, ми можемо їх бачити.

«Все, що хвилює око, це кількість світла, яка потрапляє на око, – каже Ленді. - Загальна кількість фотонів. Ви можете зробити джерело світла до смішного малим та віддаленим, але якщо воно випромінює потужні фотони, ви його побачите».

Наприклад, поширена думка свідчить, що чорної ясної ночі ми можемо розглянути вогник свічки з відстані 48 км. На практиці, звичайно, наші очі просто купатимуться у фотонах, тому блукаючи кванти світла з великих відстаней просто загубляться в цій мішанині. "Коли ви збільшуєте інтенсивність фону, кількість світла, яке вам необхідно, щоб щось розглянути, збільшується", - каже Ленді.


Нічне небо з темним фоном, усеяним зірками, є вражаючим прикладом дальності нашого зору. Зірки величезні; багато хто з тих, що ми бачимо в нічному небі, становлять мільйони кілометрів у діаметрі. Але навіть найближчі зірки знаходяться щонайменше за 24 трильйони кілометрів від нас, а тому настільки малі для нашого ока, що їх не розбереш. І все ж таки ми їх бачимо як потужні випромінюючі точки світла, оскільки фотони перетинають космічні відстані і потрапляють у наші очі.

Всі окремі зірки, які ми бачимо у нічному небі, знаходяться у нашій галактиці – . Найдальший об'єкт, який ми можемо розглянути неозброєним оком, знаходиться за межами нашої галактики: це галактика Андромеди, розташована за 2,5 мільйони світлових років від нас. (Хоча це спірно, деякі індивіди заявляють, що можуть розглянути галактику Трикутника у надзвичайно темному нічному небі, а вона знаходиться за три мільйони світлових років від нас, тільки доведеться повірити їм на слово).

Трильйон зірок у галактиці Андромеди, враховуючи відстань до неї, розпливаються в смутний клаптик неба, що світиться. І все ж таки її розміри колосальні. З точки зору видимого розміру, навіть будучи в квінтильйонах кілометрах від нас, ця галактика в шість разів ширша за повний Місяць. Однак наших очей досягає так мало фотонів, що цей небесний монстр майже непомітний.

Наскільки гострим може бути зір?

Чому ми не розрізняємо окремих зірок у галактиці Андромеди? Межі нашого візуального дозволу або гостроти зору накладають свої обмеження. Гострота зору - це можливість розрізняти такі деталі, як точки або лінії, окремо один від одного, щоб ті не зливались докупи. Отже, вважатимуться межі зору числом «крапок», які ми можемо розрізнити.


Кордони гостроти зору встановлюють кілька факторів, наприклад, відстані між колбочками та паличками, упакованими у сітківці. Також важливою є оптика самого очного яблука, яке, як ми вже говорили, запобігає проникненню всіх можливих фотонів до світлочутливих клітин.

Теоретично, як показали дослідження, найкраще, що ми можемо розглянути, це приблизно 120 пікселів на градус дуги, одиницю кутового виміру. Можете уявити це як чорно-білу шахівницю 60 на 60 клітин, яка вміщається на нігті витягнутої руки. "Це найчіткіший патерн, який ви можете розглянути", - каже Ленді.

Перевірка зору, на кшталт таблиці з дрібними літерами, керується тими самими принципами. Ці ж межі гостроти пояснюють, чому ми не може розрізнити і зосередитися на одній тьмяній біологічній клітині завширшки кілька мікрометрів.

Але не списуйте себе з рахунків. Мільйон квітів, поодинокі фотони, галактичні світи за квантільйони кілометрів від нас - не так уже й погано для бульбашки желе в наших очницях, підключених до 1,4-кілограмової губки у наших черепах.

Вивчення найдальших галактик може показати нам об'єкти, розташовані за мільярди світлових років від нас, але навіть з ідеальною технологією просторовий проміжок між найдальшою галактикою та Великим вибухом залишатиметься величезним.

Вдивляючись у Всесвіт, бачимо світло скрізь, всіх відстанях, куди тільки здатні зазирнути наші телескопи. Але в якийсь момент ми натрапимо на обмеження. Одне з них накладається космічною структурою, що формується у Всесвіті: ми можемо бачити лише зірки, галактики та інше, тільки якщо вони випромінюють світло. Без цього наші телескопи нічого не спроможні розглянути. Інше обмеження при використанні видів астрономії, що не обмежуються світлом, - це обмеження того, яка частина Всесвіту доступна для нас з моменту Великого вибуху. Дві ці величини можуть не бути пов'язаними один з одним, і саме з цієї теми нам запитує наш читач:

Чому червоне зміщення реліктового випромінювання знаходиться в межах 1000, хоча найбільше червоне усунення будь-якої галактики з тих, що ми бачили, дорівнює 11?

Весь набір того, що ми знаємо, бачимо, спостерігаємо і з чим взаємодіємо, називають «спостерігається Всесвітом». За межами нього, швидше за все, знаходиться ще більше ділянок Всесвіту, і згодом ми матимемо можливість бачити все більше і більше цих ділянок, коли світло від віддалених об'єктів, нарешті, досягне нас після космічної подорожі в мільярди років. Ми можемо бачити те, що бачимо (і більше, а не менше) завдяки комбінації з трьох факторів:

• З часу Великого вибуху минуло кінцеву кількість часу, 13,8 млрд років.


• Швидкість світла, максимальна швидкість для будь-якого сигналу або частки, що пересувається Всесвітом, кінцева і постійна.


• Сама тканина простору розтягується та розширюється з моменту Великого вибуху.

Те, що нам видно сьогодні, є результатом роботи трьох цих факторів, спільно з початковим розподілом матерії та енергії, які працюють за законами фізики протягом усієї історії Всесвіту. Якщо ми хочемо дізнатися, яким був Всесвіт у будь-який ранній момент часу, нам треба лише поспостерігати, яким він став сьогодні, виміряти всі пов'язані з цим параметри, і підрахувати, яким він був у минулому. Для цього нам знадобиться багато спостережень і вимірів, але рівняння Ейнштейна, нехай і такі важкі, принаймні недвозначні. Результати, що виводяться, виливаються в два рівняння, відомі, як рівняння Фрідмана, і з завданням їх вирішення кожен студент, який вивчає космологію, стикається безпосередньо. Але ми, чесно кажучи, зуміли провести кілька дивовижних вимірів параметрів Всесвіту.

Дивлячись у напрямку північного полюса Галактики Чумацький Шлях, ми можемо заглядати у глибини космосу. На цьому зображенні розмічено сотні тисяч галактик, і кожен його піксель – це окрема галактика.

Ми знаємо з якою швидкістю вона розширюється сьогодні. Ми знаємо, якою є щільність матерії в будь-якому напрямку, в якому ми дивимося. Ми знаємо, скільки структур формується на всіх масштабах, від кульових скупчень до карликових галактик, від великих галактик до їхніх груп, скупчень і великомасштабних ниткоподібних структур. Ми знаємо, скільки у Всесвіті нормальної матерії, темної матерії, темної енергії, а також дрібніших складових, таких, як нейтрино, випромінювання, і навіть чорні дірки. І тільки виходячи з цієї інформації, екстраполюючи назад у часі, ми можемо обчислити як розмір Всесвіту, так і швидкість його розширення у будь-який момент його космічної історії.

Логарифмічний графік залежності розміру Всесвіту, що спостерігається.

Сьогодні наш оглядовий Всесвіт простягається на приблизно 46,1 млрд світлових років у всіх напрямках на наш погляд. На такій відстані знаходиться точка старту уявної частки, яка вирушила в дорогу в момент Великого вибуху, і, мандруючи зі швидкістю світла, прибула б до нас сьогодні, через 13,8 млрд років. У принципі, на цій відстані були породжені всі гравітаційні хвилі, що залишилися від космічної інфляції - стану, що передував Великому вибуху, настроїв Всесвіт і забезпечив усі початкові умови.

Гравітаційні хвилі, створені космічною інфляцією - це найстаріший сигнал із усіх, які людство в принципі могло б засікти. Вони народилися наприкінці космічної інфляції та на початку гарячого Великого вибуху.

Але у Всесвіті залишилися й інші сигнали. Коли їй було 380 тисяч років, залишкове випромінювання від Великого вибуху припинило розсіюватися з вільних заряджених частинок, оскільки ті утворили нейтральні атоми. І ці фотони, після утворення атомів, продовжують відчувати червоне зміщення разом із розширенням Всесвіту, і їх можна побачити сьогодні за допомогою мікрохвильової або радіоантени/телескопа. Але через велику швидкість розширення Всесвіту на ранніх етапах, «поверхня», яка «світиться» для нас цим залишковим світлом – космічний мікрохвильовий фон – знаходиться всього в 45,2 млрд світлових років від нас. Відстань від початку Всесвіту до того місця, де Всесвіт знаходився через 380 000 років, виходить рівним 900 млн світлових років!

Холодні флуктуації (сині) у реліктовому випромінюванні не холодніше самі собою, а просто представляють ділянки з посиленим гравітаційним тяжінням через збільшену щільність матерії. Гарячі (червоні) ділянки гарячі, тому що випромінювання в цих регіонах живе в менш глибокій гравітаційній криниці. З часом більш щільні регіони з більшою ймовірністю зростуть у зірки, галактики та скупчення, а менш щільні зроблять це з меншою ймовірністю.

Пройде ще чимало часу, перш ніж ми знайдемо найвіддаленішу з усіх відкритих нами галактик Всесвіту. Хоча симуляції та розрахунки показують, що перші зірки могли сформуватися через 50-100 млн років від початку Всесвіту, а перші галактики - через 200 млн років, так далеко назад ми ще не заглядали (хоча, є надія, що після запуску наступного року космічного телескопа імені Джеймса Вебба ми зможемо це зробити!). На сьогодні космічним рекордом володіє галактика, показана нижче, що існувала, коли Всесвіту було 400 млн. років - це всього 3% від поточного віку. Однак ця галактика, GN-z11, розташована всього в 32 млрд світлових років від нас: це близько 14 млрд світлових років від «краю» Всесвіту, що спостерігається.

Найвіддаленіша з усіх виявлених галактик: GN-z11, фото зі спостереження GOODS-N, проведеного телескопом Хаббл.

Причина цього полягає в тому, що спочатку швидкість розширення згодом дуже швидко падала. До часу, коли галактика Gz-11 існувала у вигляді, що ми спостерігаємо, Всесвіт розширювався в 20 разів швидше, ніж сьогодні. Коли було випущено реліктове випромінювання, Всесвіт розширювався у 20 000 разів швидше, ніж сьогодні. На момент Великого вибуху, наскільки ми знаємо, Всесвіт розширювався в 10 36 разів швидше, або в 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 разів швидше, ніж сьогодні. Згодом швидкість розширення Всесвіту сильно зменшилася.

І для нас це дуже добре! Баланс між первинною швидкістю розширення та загальною кількістю енергії у Всесвіті у всіх її формах ідеально дотримується, аж до похибки наших спостережень. Якби у Всесвіті було хоч трохи більше матерії чи випромінювання на ранніх етапах, він би зхлопнувся назад мільярди років тому, і нас би не було. Якби у Всесвіті було занадто мало матерії чи випромінювання на ранніх етапах, він би розширився так швидко, що частки не змогли б зустрітися один з одним, щоб навіть сформувати атоми, не кажучи вже про складніші структури типу галактик, зірок, планет і людей . Космічна історія, яку розповідає нам Всесвіт, це історія надзвичайної збалансованості, завдяки якій ми й існуємо.

Складний баланс між швидкістю розширення і загальною щільністю Всесвіту настільки крихкий, що навіть відхилення в 0,00000000001% в будь-який бік зробило б Всесвіт абсолютно безлюдним для будь-якого життя, зірок або навіть планет у будь-який момент часу.

Якщо вірні найкращі з наших сучасних теорій, то перші справжні галактики мали сформуватися віком від 120 до 210 млн років. Це відповідає відстані від нас до них у 35-37 млрд світлових років, і відстані від найдальшої галактики до краю Всесвіту, що спостерігається, в 9-11 млрд світлових років на сьогодні. Це надзвичайно далеко, і говорить про один дивовижний факт: Всесвіт надзвичайно швидко розширювався на ранніх етапах, а сьогодні розширюється набагато повільніше. 1% віку Всесвіту відповідає за 20% її загального розширення!

Історія Всесвіту сповнена фантастичних подій, але відколи закінчилася інфляція і стався Великий вибух, швидкість розширення стрімко падала, і сповільнюється, поки щільність продовжує зменшуватися.

Розширення Всесвіту розтягує довжину хвилі світла (і відповідає за видиме нами червоне зміщення), і за велику відстань між мікрохвильовим фоном та найдальшою галактикою відповідає велика швидкість цього розширення. Але розмір Всесвіту сьогодні свідчить ще про щось дивне: про неймовірні ефекти, що відбувалися з часом. З часом Всесвіт продовжить розширюватися все більше і більше, і до того часу, коли його вік удесятеро перевищуватиме сьогоднішній, відстані збільшаться так сильно, що нам уже не будуть видно жодні галактики за винятком членів нашої місцевої групи, навіть із телескопом, еквівалентним Хаблу. Насолоджуйтесь усім тим, що видно сьогодні, великою різноманітністю того, що є на всіх космічних масштабах. Воно не існуватиме вічно!