Новый физический фейерверк - Джирл Уокер

Когда я смотрю на безоблачное небо или какой-нибудь другой яркий ровный фон, в моем поле зрения появляется всякий мусор — маленькие пятнышки и летающие точки. Точки рассматривались в предыдущей задаче, а в этой мы рассмотрим маленькие плавающие пятнышки, каждое из которых образовано концентрическими кругами. Но иногда я вижу и большие вытянутые структуры, например, одна такая структура в моем правом глазу часто мешает мне читать этим глазом.

Мушки, как их называют, более заметны, если глаз освещается небольшим источником света. Например, я в качестве такого источника обычно использую крошечное отверстие, проделанное в непрозрачном картоне. Однако можно использовать любые маленькие источники света, например хорошо отражающую скрепку для бумаги. (Кстати, я всегда осторожен, поднося любые предметы близко к глазу.)

Когда я использую для наблюдений крошечное отверстие, то замечаю еще несколько любопытных особенностей: появляются яркие крапинки, в которых нет концентрических кругов, как в обычных мушках. Иногда я вижу темные крапинки и неподвижный узор из линий, разбегающихся от центра поля зрения. Сразу после того, как глаз моргнет, я вижу яркие пятна и узор из светлых и темных горизонтальных линий. Иногда я вижу еще и стационарные яркие пятна или плавающие «обрывки» неправильной формы. Открывая глаза утром, я могу увидеть одно или несколько пятен, гораздо более темных или (что реже) более светлых, чем остальное поле зрения.

Откуда берутся все эти зрительные помехи?

ОТВЕТ • Появление мушек обычно связано с неоднородностью стекловидного тела глаза (прозрачного вещества, заполняющего почти весь объем глазного яблока). Вы не можете увидеть сами нарушения однородной структуры и даже их тень на сетчатке, но можете различить дифракционную картину, вызываемую ими на сетчатке. Дифракция — тип интерференции, которой световые волны подвергаются при прохождении через маленькое отверстие или при огибании маленького препятствия. Когда свет из отверстия падает на неоднородный участок стекловидного тела, он дифрагирует, в результате на сетчатке появляется интерференционная картина, которая состоит из концентрических полос в тех местах, где световые волны усиливают друг друга, и темных полос в тех местах, где они гасят друг друга.

Если участок другой плотности почти круглый, получаются интерференционные кольца с центральным пятном. Если же он удлиненный, он дает интерференционную картину в виде вытянутых фигур. Мушки, которые мы обычно видим, — это размытая дифракционная картина. Если смотреть через маленькое отверстие, интерференционная картина будет более четкой, и темные и светлые полосы становятся различимыми. Мушки перемещаются через линию зрения потому, что стекловидное тело — не жесткая структура и неоднородности могут сдвигаться.

Некоторые мушки могут возникнуть из-за того, что кусочки стекловидного тела оторвались и плавают в жидкости напротив центральной ямки на сетчатке, в которую упирается линия зрения (фовеа). Они могут также появляться из-за микрокровоизлияний в жидкий слой, но тогда поле зрения должно слегка окраситься в красный цвет. Все видят мушки, и это не обязательно связано с медицинскими проблемами. С возрастом человек обычно видит больше мушек.

Яркие точки и узоры из светлых и темных полос, возникающие после того, как глаз моргнет, объясняются тем, что на роговице остается жидкая (слезная) пленка, а на неоднородностях этой пленки световые лучи могут слегка сфокусироваться, и на роговице появятся более яркие области. Линии, расходящиеся от центра поля зрения, могут быть вызваны радиальной структурой хрусталика. Темные точки могут возникать из-за небольших непрозрачных включений в хрусталике. Происхождение темных и светлых пятен, которые люди порой видят, как только открывают глаза утром, неизвестно.

Если ночью смотреть прямо на источник яркого света, вокруг него можно увидеть кольца (гало). Если смотреть на него сквозь окно, на котором выступил конденсат, появится другая система колец. Диаметры первых пяти колец (если измерять в градусах дуги) в поле вашего зрения могут быть равны, например, 2,5°, 4,5°, 5,5°, 6,0° и 9,0°. Кольца имеют больший размер в красном свете, чем в голубом. Так что если источник испускает белый свет, кольца могут быть окрашены в красный с наружной стороны и голубой с внутренней. Почему появляются кольца?

На некоторых картинах Винсента Ван Гога вокруг источников света изображены кольца: такие кольца вокруг солнца можно увидеть на картине «Красные виноградники в Арле», а вокруг звезд — на картине «Звездная ночь». Одна из причин, почему художник изобразил на картине кольца, — желание создать у зрителя впечатление светящихся объектов. Однако говорят, что художник действительно видел эти кольца, поскольку его зрение было нарушено приемом дигиталиса в небезопасных дозах.

Почему вокруг пламени свечи, если смотреть на него в темной комнате, виден светящийся ореол? Известно, что звезды мерцают из-за турбулентности атмосферы, но почему когда мы смотрим на них, то обычно видим, как от них по радиусам расходятся яркие лучи?

ОТВЕТ • Кольца вокруг источников яркого света, образующиеся при дифракции света на маленьких неоднородностях внутри глаза, называются энтопическим гало. Дифракция возникает, когда световые волны на пути к сетчатке обходят маленькое препятствие и складываются в картину, состоящую из ярких и темных концентрических колец вокруг яркого центрального пятна. Светлые области — там, где световые волны усиливают друг друга, а темные — там, где гасят друг друга. Центральное световое пятно неразличимо, поскольку оно накладывается на гораздо более яркое изображение самого источника света. Но первое светлое кольцо увидеть можно, его угловой размер зависит от структуры неоднородности, на которой свет дифрагировал, и от расстояния от этой неоднородности до сетчатки: чем меньше неоднородность и чем больше расстояние до сетчатки, тем больше радиус кольца.

Если видно несколько колец, значит, дифракция возникла на нескольких неоднородностях с разными размерами и разными расстояниями до сетчатки. Никто точно не знает, какая именно неоднородность привела к дифракции. Это могли быть клетки эпителия роговицы (их размеры лежат в диапазоне 10–40 микрон), клетки эндотелия роговицы, царапины на роговице или волокна хрусталика.

Дифракция света внутри глаза ответственна и за появление слабого светящегося ореола вокруг пламени свечи, и за яркие, расходящиеся от звезды или другого маленького, яркого, очень далекого объекта лучи. Эти дифракционные картины, возможно, появляются из-за нерегулярностей в швах, соединяющих волокна, на передней поверхности хрусталика.

Иногда заключенных в темных камерах посещают яркие световые видения — красочные или испещренные цветными пятнами картины, называемые фосфенами. Водители-дальнобойщики тоже, случается, видят такие картины, если перед тем они долго смотрели на заснеженное полотно дороги. На самом деле, когда в поле зрения долго не попадают никакие объекты, всегда возникают фосфены.