Читаем Физика полностью

Это поэтическое сравнение оказалось удивительно точным. Сетчатка глаза – именно сеть и именно ловит отдельные «частицы света» – так называемые кванты света.

Темной ночью от далекой неяркой звезды наш глаз ловит не очень много квантов, этих малых порций света. По своей чувствительности глаза приближаются к идеальному физическому прибору, так как нельзя создать прибор, который зарегистрировал бы менее одного кванта. Этим уникальным свойством глаза пользовались ученые-астрономы давних времен и пионеры атомной и ядерной физики. После долгого пребывания в темноте им удавалось увидеть далекую звезду. И вместе с тем глаз выдерживает астрономическую лавину квантов, исчисляемую десятками миллиардов в секунду. Например, если вы посмотрите на Солнце, ваши глаза получат миллиардную дозу квантов. Но этого лучше не делать.

Строение глаза

Так что же такое глаз? Давайте рассмотрим его строение.

Глаз обычно сравнивают с фотоаппаратом. Роль объектива приписывают хрусталику. Как и любой фотоаппарат, глаз имеет диафрагму – зрачок. Его диаметр изменяется в зависимости от освещенности. Изображение, создаваемое на сетчатке, немного хуже, чем на пленке хорошего фотоаппарата. Но потом сама сетчатка и мозг исправляют его, делают четким, цветным и, наконец, осмысленным. Механизмы работы мозга, которые обеспечивают передачу, расшифровку и обработку зрительной информации, поступающей из глаза, изучают сейчас сотни ученых в разных странах мира.

Сетчатка в зрительной системе – это, по образному выражению одного из ученых, «мозг, выдвинутый на периферию». Сетчатка – достаточно сложный нервный центр, ее строение чрезвычайно интересно. Сетчатка напоминает пирог толщиной 0,15—0,20 мм. В этом «микропироге» несколько слоев. Каждый состоит из различных клеток, которые сплетаясь и прижимаясь друг к другу своими отростками, образуют ажурную сеть.

От клеток последнего слоя отходят длинные отростки. Собираясь в одном месте в пучок, они образуют зрительный нерв. Более миллиона его волокон несут в мозг зрительную информацию, закодированную сетчаткой в виде слабых биоэлектрических импульсов. Задача мозга – мгновенно расшифровать их.

Место на сетчатке, где волокна собираются в пучок, называется слепым пятном. Если, например, изображение головы человека попадет на это место, то мы… головы не увидим! Об этом знали давно. Один веселый французский король забавлялся, рассматривая своих подданных без голов. Для этого ему приходилось рассматривать их особым образом: одним глазом на определенном расстоянии.

В первом слое сетчатки, образованном светочувствительными клетками – палочками и колбочками, свет поглощается. Благодаря им и происходит зрительное восприятие окружающего мира.

В сетчатке человека около 125–130 млн палочек и 6–7 млн колбочек. Палочки и колбочки состоят из двух половинок. Внешняя часть этих вытянутых в длину клеток представляет собой гигантскую массу наложенных друг на друга дисков. В палочке их около тысячи, толщина каждой примерно 150 ангстрем (1 ангстрем = 10^-8 см). Сейчас ученым уже известно и строение диска: он состоит из нескольких молекулярных слоев, а каждый слой – из нескольких миллионов молекул.

«Лучи твои создают глаза всех животных твоих» – это слова египетского гимна Атону – богу Солнца. Древний Египет поклонялся Солнцу. Египтяне в мифах и гимнах уподобляли Солнце глазу. Академик С. И. Вавилов написал когда-то поэтическую и вместе с тем научную книгу «Глаз и Солнце». В ней он доказывал правоту египтян. Яснее всего «солнечность глаза» проявляется в его так называемой спектральной чувствительности, т. е. чувствительности к различным квантам – «частицам» солнечного спектра. Вспомним радугу – мы различаем в ней десятки оттенков, которые физически отличаются между собой только миллионными долями сантиметров, в которых измеряется длина световой волны!

Ночное и дневное зрение

Люди давно заметили определенную разницу между тем, как они видят днем и как ночью. Дело в том, что в центре сетчатки глаза находятся преимущественно колбочки, другая же ее часть выстлана палочками. Палочки ответственны за наше бесцветное, сумеречное зрение, они являются очень светочувствительными. В сетчатке ночных животных содержатся практически только палочки, например у сов и летучих мышей. Они хорошо видят ночью и плохо днем. Мир для них черно-белый, бесцветный.

Строение колбочки