Цветовое_зрение

Цветовое зрение.
В видимой части спектра человеческий глаз поглощает свет всех длин
волны, воспринимая их в виде шести цветов, каждый из которых
соответствует участку спектра. (Слайд№7).
Цвета видимого спектра и приблизительно
соответствующие им длины волн.
Цвет
Длина волны, нм
Красный
Более 620
Оранжевый
590 – 620
Желтый
570 – 590
Зеленый
500 – 570
Синий
440 – 500
Фиолетовый
Менее 440
Существуют три типа колбочек – «красные», «зеленые» и «синие»,
которые содержат разные пигменты и, по данным электрофизиологических
исследований, поглощают свет с различной длиной волны.
Цветовое зрение можно объяснить с позиций трехкомпонентной теории,
согласно которой ощущение различных цветов и оттенков определяются
степенью раздражения каждого типа колбочек светом, отражаемым от
объекта. Так, например, одинаковая стимуляция всех колбочек вызывает
ощущение белого цвета. Первичное различение цветов осуществляется в
сетчатке, но окончательный цвет, который будет воспринят, определяется
интегративными функциями мозга. Эффект смешения цветов лежит в основе
цветового телевидения, цветной фотографии и живописи.
Цветовая слепота.
Полное отсутствие или недостаток колбочек какого-либо типа может
приводить к различным формам цветовой слепоты или аномалиям
цветоощущения. Для выявления дефектов цветового зрения применяют
тестовые таблицы типа таблиц Исахари, на которых нанесены пятнышки
различных цветов. На некоторых таблицах из этих пятнышек составлены
цифры. Люди с нарушенным цветоощущением видят либо другое число,
либо не видят никакой цифры. Цветовая слепота передается по наследству
как рецессивный признак, сцепленный с Х-хромосомой. По статистике среди
мужчин около 2% не различают красный цвет и 6% - зеленый, тогда как
среди женщин аномалиями цветового зрения страдают только 0,4%. Можно
проделать такой опыт: испытуемый помещает перед одним глазом зеленый
фильтр, а перед другим – красный и смотрит на предмет. В одном глазу свет
с длиной волны 530 нм будет стимулировать зеленые колбочки, а в другом
глазу свет с длиной волны 620 нм – красные колбочки. В мозгу сигналы
обоих глаз будут действовать совместно, и предмет будет казаться
окрашенным в цвет, соответствующий средней длине волн (530+620)/2 = 575
нм, т.е. в желтый цвет. В действительности, однако, смешение контрастных
цветов затруднено из-за так называемой «борьбы полей зрения»; результатом
может быть чередующееся восприятие красного и зеленого цвета.
Почему же видимый свет на шкале электромагнитных волн занимает
только небольшой участок? Иначе говоря: почему глаз человека, да и
большинства обитателей Земли воспринимает только небольшой диапазон
волн по сравнению с существующим в природе спектром электромагнитных
излучений? Например, если бы человек обладал инфракрасным зрением…
Ночью мы видели бы, как днем, все органические тела, потому что их
температура отлична от тел неживой природы. Мы даже могли бы отличить
одно живое существо от другого, если бы температуры их тел были
различными. Но смогли бы мы вообще что-нибудь видеть, если бы наши
глаза воспринимали инфракрасные лучи?
Самым мощным источником таких излучений для нас было бы наше
собственное тело. При температуре тела 37 С максимум его излучения
приходится на длину волны 9000 – 10 000 нм. Внутренние стенки нашего
глаза ежесекундно излучают 0,85 Дж энергии. Такую же энергию глаз
получил бы от лампы зеленого света в 4 млн. кд, поставленной на расстоянии
1 м от глаза. А освещенность, создаваемая летним солнцем, равна
освещенности, создаваемой лампой зеленого света в 200 000 кд, находящейся
на расстоянии 1 м от глаза. Отсюда ясно, что при восприимчивости глаза к
инфракрасным лучам свет Солнца для нас померк бы из-за собственного
излучения. Следовательно, мы ничего не сможем увидеть – наши глаза будут
бесполезны. А почему же глаза не реагируют на инфракрасные лучи?
Энергия квантов инфракрасных лучей (=h, где h – постоянная Планка,  частота волны) слишком мала, чтобы вызвать изомеризацию ретиналя.
Несколько квантов не могут «собраться», чтобы вызвать действие, которое
не под силу одному кванту, - в микромире идет взаимодействие кванта и
частицы один на один. Может, правда, случиться и такое, что молекула
родопсина вследствие поглощения многих квантов инфракрасных лучей
накопит энергию, достаточную для того, чтобы произошла изомеризация
молекулы ретиналя, но вероятность такого события крайне мала, так как на
ряду с поглощением энергии происходит ее излучение. Другое дело, если
молекула родопсина «встретится» с фотоном – квантом энергии видимого
света. У него частота такая, что энергии будет достаточно, чтобы вызвать
изменение конфигурации ретиналя, и на это изменение отреагирует палочка,
состоящая из 109 молекул. Так высока ее чувствительность. Если перейти к
знакомым нам образам, то действие этого фотона можно сравнить с ударом
теннисного мяча, который сдвинул с места многоэтажный дам…
Ультрафиолетовые лучи также не видимы для глаза, хотя энергия их
квантов значительно больше, чем квантов видимого света.
Сетчатка чувствительна к ультрафиолетовым лучам, но они
поглощаются хрусталиком – иначе они могут вызвать разрушающее
действие. Почему же глаз в процессе эволюции не приспособился к ним?
Вспомним, как распределена энергия в зависимости от длины волны в
спектре солнечного излучения. (Слайд№8). На графике по оси абсцисс
отложены длины волн, по оси ординат – энергия в относительных единицах.
Кривая I отражает распределение энергии солнечного излучения при
положении Солнца над головой; кривая II – при высоте Солнца над
горизонтом, соответствующей 30; кривая III – при условиях, близких к
восходу и закату. Вы обратили внимание, что на рисунке в начале координат
стоит не 0, а 300 нм? Дело в том, что у поверхности Земли солнечный спектр
почти начинается от 290 нм, так как более короткие волны задерживаются
слоем озона, находящегося в верхних слоях атмосферы (приблизительно на
высоте 30 км). В нем непрерывно происходят химические реакции под
действием квантов высокой энергии:
О2+h2О; 2О2+2О2О3; О3+hО2+О
и т. д.
В процессе эволюции глаза живых организмов приспособились
воспринимать энергию излучения самого мощного источника на Земле –
Солнца и именно те волны, на которые приходится максимум энергии
солнечного излучения, попадающего на Землю.
Мы рассмотрели проявления квантовых свойств света в механизме
зрения.