Chúng ta nhìn thấy cái gì và như thế nào

34

CHÚNG TÔI THẤY GÌ VÀ NHƯ THẾ NÀO

Ứng viên Khoa học Vật lý và Toán học
A. I. BUZDIN,
Ứng viên Khoa học Vật lý và Toán học
S. S. KROTV

Một nhà sinh lý học đang thể hiện hành động
điểm mù, trở thành
được hai người yêu mến
vua Pháp;
tẻ nhạt
các cuộc họp
vậy với phiên tòa trước của họ
nhà vua đã ly hôn
“cắt vàng của họ”:
anh ấy nhìn
trên một trong số chúng
và xem thế nào
vào lúc này
“biến mất”
đầu của người khác.

(Trích từ Feynman
bài giảng vật lý”)

34

36

phát ra một “chất lỏng” đặc biệt từ mắt. Võng mạc đại diện cho các nhánh của dây thần kinh thị giác, và đầu cuối đầu tiên có hai loại - hình que và hình nón (những tên này liên quan đến hình dạng). Trong điều kiện ánh sáng yếu, tầm nhìn chủ yếu là nhờ các que, nhưng đáng tiếc là chúng không có khả năng cung cấp khả năng nhìn màu. Các tế bào hình nón chịu trách nhiệm về tầm nhìn màu sắc và chúng chỉ bắt đầu “bật” khi có ánh sáng. Nhân tiện, đây là nguồn gốc của thành ngữ “tất cả mèo đều có màu xám vào ban đêm” - trong điều kiện ánh sáng rất yếu, mọi vật thể đều có vẻ màu xám.

Ánh sáng yếu từ các ngôi sao tới Trái đất cho phép chúng ta xác định màu sắc của chỉ những ngôi sao sáng nhất trong số chúng; Trong khi đó, những hình ảnh màu của bầu trời đầy sao được tạo ra bằng kính viễn vọng lại gây ngạc nhiên với sự phong phú và vẻ đẹp của màu sắc - thật không may, mắt chúng không thể tiếp cận được. Tuy nhiên, khái niệm về tầm nhìn “không màu” của chúng ta thật đáng ngạc nhiên: về nguyên tắc, mắt có thể ghi nhận ngay cả những photon đơn lẻ. Photon là một lượng tử dao động điện từ, giống như phần năng lượng nhỏ nhất của bức xạ. (Ở đây chúng ta phải đối mặt với một thực tế là, theo lý thuyết lượng tử, ánh sáng một mặt là sóng điện từ, mặt khác là một dòng hạt - lượng tử hoặc photon.)

Như chúng tôi đã nói, sự hình thành cảm giác màu sắc là một quá trình phức tạp. Các tế bào nhạy cảm với ánh sáng trong mắt không chỉ được kết nối với não mà còn với nhau. Bản thân mắt thực hiện quá trình xử lý cơ bản thông tin ánh sáng. Không phải ngẫu nhiên mà trong quá trình phát triển của phôi thai, đôi mắt được hình thành do sự phát triển của các sợi trực tiếp từ não và thực chất nó là một phần của não.

Nhân tiện, vị trí đó trên võng mạc, khi dây thần kinh thị giác mở ra và phân nhánh, không có màu sáng - không có hình que và hình nón ở đó; nó được gọi là “rắn”. Nếu ảnh của một vật trên võng mạc rơi vào vật rắn thì không nhìn thấy vật đó. Nhà vật lý nổi tiếng Mariotte đã phát hiện ra điểm mù; ông đã báo cáo về hiện tượng này tại một cuộc họp của Học viện Paris năm 1666. Ông là “nhà sinh lý học” (từ επιgraph đến bài báo), người đã dạy cho vua Pháp một cách nhân đạo để “chặt đầu” các cận thần của mình.

Vai trò quan trọng của não trong việc nhận thức hình ảnh bên ngoài được minh họa bằng ví dụ này. Nếu một người đeo kính làm cho hình ảnh bị lộn ngược thì lúc đầu người đó sẽ nhìn thấy mọi thứ “đảo ngược”. Tuy nhiên, sau một thời gian, nhận thức về hình ảnh bên ngoài sẽ thấm nhuần. Nhưng sau khi tháo kính ra, các đồ vật sẽ như bị lộn ngược và sẽ mất một thời gian để mọi thứ vào đúng vị trí.

Bây giờ hãy nhìn vào hình 2, nơi mô tả ba hàm. Mọi người hoàn toàn biết rằng phần dưới nhỏ hơn phần trên rất nhiều. Tuy nhiên, cây thước sẽ chứng minh cho bạn thấy rằng tất cả các hàm đều có cùng chiều cao. Tất cả đều là về các đường xuyên tâm tạo ra cảm giác phối cảnh. Thật khó để tin rằng những đường thẳng trên hình

37

Hình 3.

ke 3 song song. Hiệu quả của loại này đã gây ra vấn đề cho các kiến ​​trúc sư ngay cả trong thời cổ đại: để hằng số tiếp theo có vẻ thẳng, cấu trúc của chúng phải cong. Có lẽ ấn tượng sống động nhất được tạo ra bởi những bức tranh của họa sĩ người Hà Lan Escher, minh họa rõ ràng điều kiện nhận thức của chúng ta (bản sao bức tranh của Escher được đặt trên trang thứ hai của trang bìa số này).

Tại sao bạn nghĩ rằng những vòng tròn màu sẽ xuất hiện trước mắt bạn nếu bạn đập đầu vào khung cửa trong bóng tối hoàn toàn? nếu đó là về một chiếc đèn lồng thì sao?

Mắt của chúng ta kém phù hợp để phân tích nghiêm ngặt trạng thái màu sắc của ánh sáng. Với mục đích này, tốt hơn là sử dụng các thiết bị vật lý (đơn giản nhất là lăng kính). Nhưng chỉ bằng cách trộn ba màu theo một tỷ lệ nhất định, chẳng hạn như đỏ, vàng và xanh, bạn có thể có được hầu hết mọi màu (ít nhất là hỗn hợp các màu). Nhân tiện, điều này được sử dụng rộng rãi trong truyền hình màu. Tất cả các màu trên màn hình TV màu là kết quả của sự chồng chất thích hợp của ba màu cơ bản. Tương tự, chỉ có ba loại mực được sử dụng để in màu. Vì vậy, bằng cách trộn sơn màu vàng và xanh lam, chúng ta sẽ có được màu xanh lục; bằng cách chiếu tia màu vàng và màu xanh lên màn hình, chúng ta sẽ thấy một điểm màu xanh lá cây. Hoàn toàn rõ ràng rằng màu xanh lục thu được theo cách này hoàn toàn không phải là màu xanh lục “thuần khiết”, nó là một phần của cầu vồng và tương ứng với một sóng điện từ có độ dài nhất định. Rất đơn giản, trong hai trường hợp này, nhiễu màu giống nhau được tạo ra. Bất chấp những gì đã nói, sự phong phú của màu sắc mà mắt người cảm nhận được là rất lớn - các nghệ sĩ rất giỏi phân biệt tới ba trăm sắc thái.

Và tùy vào điều này, còn có một câu chuyện “màu sắc” khác, đến từ lĩnh vực vật lý hạt cơ bản. Được phát minh bởi nhà vật lý lý thuyết vĩ đại nhất của thời đại chúng ta, Gell-Mann, các hạt vật chất kỳ lạ - quark - không chỉ nhận được quyền tồn tại bất thường (chúng không thể tồn tại ở trạng thái tự do) mà còn có được “màu sắc”. Chúng có ba “màu” - đỏ, xanh lá cây và xanh lam. Theo lý thuyết này, một proton thông thường bao gồm ba quark “nhiều màu” sẽ có màu “trắng”, tức là “không màu”. Bằng cách trộn ba màu này theo những cách kết hợp khác nhau, bạn có thể thu được bất kỳ màu nào khác trong quang phổ khả kiến, vốn được sử dụng trong truyền hình màu.

Do đó, khoa học vật lý hiện đại ngày càng có thể nói về màu sắc của những vật thể đó, khả năng quan sát ngay lập tức mà nó trả lời với độ tin cậy không kém. Thực ra trí tưởng tượng của con người là không có giới hạn…

Và trước khi bạn chấm dứt nó, chúng tôi khuyên bạn nên suy nghĩ về những câu hỏi này.

1. Được biết, nếu tắm nắng vào buổi trưa, bạn có thể “kiệt sức”. Nhưng nguy cơ tiếp xúc với ánh nắng mặt trời vào buổi sáng và buổi tối thực tế là bằng không. Tại sao?

2. Nếu bạn nhìn vào chùm tia máy chiếu từ bên cạnh, nó có vẻ cong. Tại sao?