ледим взглядом за каким-либо одним объектом.
В минуту глаза совершают до 120 скачков и остановок. Величина скачка не превышает 0,5°, а его длительность раз в тридцать меньше того времени, когда глаз находится в покое и направлен на одну из частей объекта. Время, в течение которого глаза остаются неподвижными, лежит в пределах от 0,2 до 0,8 секунды. За эти доли секунды глаза успевают разглядеть, а мозг запомнить увиденное. Если участок рассматриваемого пространства имеет не слишком большие угловые размеры, мы воспринимаем его как единое целое и совершенно не ощущаем, что в действительности видим его лишь по частям.
Такой скачкообразный процесс обзора пространства (сканирование пространства, как часто говорят в технике) имеет принципиальное значение. Без него зрение оказалось бы вообще невозможным. Ученые посредством особых опытов установили, что если на один и тот же участок сетчатки проектируется неизменное изображение, оно видно в течение лишь нескольких первых секунд. Далее происходит как бы насыщение этого участка — он перестает воспринимать изображение и ослепляется. Подобные опыты ясно показывают, что глаз может хорошо наблюдать только те предметы, изображение которых движется по сетчатке либо вследствие движения самого объекта, либо благодаря скачкообразному перемещению направления взгляда.
Зная, как происходит обзор пространства, можно легко объяснить, почему мы не замечаем слепого пятна. Именно потому, что наш взор никогда не остается подолгу на одном и том же месте. Если бы глаза были неподвижны, то слепое пятно также было бы недвижимо, и на него проектировался бы один и тот же участок изображения. Но на самом деле слепое пятно попеременно «закрывает» различные участки. Смена участков происходит достаточно часто, так что мозг не успевает забыть о них прежде, чем это необходимо. Опыт с крестиком и кружком трудно проводить тоже благодаря этому скачкообразному процессу зрения, при котором глаза не остаются в покое.
Следует сказать еще об одном очень важном свойстве зрения, которое, возможно, следовало бы в некотором отношении отнести к числу недостатков. Однако ученые и инженеры провели тщательные исследования и сумели столь блестяще использовать этот недостаток, что он превратился в очень большое достоинство. Без него немыслимы ни кинематограф, ни телевидение, ни некоторые другие важные области совместного использования света и глаза. Речь идет об инерционности зрительного восприятия, то есть о том, что мы не мгновенно, а спустя лишь некоторое время после появления видим изображение и продолжаем видеть его уже после того, как оно исчезло.
Именно потому, что зрение обладает инерцией, мы не в состоянии заметить быстро движущиеся части машины, спицы в колесе движущегося велосипеда, лопасти вращающегося пропеллера, артиллерийский снаряд в полете, движение крыльев пчелы и многое другое. Зато только благодаря этому свойству мы можем видеть при очень слабом свете, ибо инерционность зрения прямо связана со способностью светочувствительных клеток накапливать действие квантов. Если количество фотонов, попадающих в светочувствительную клетку, в единицу времени превышает некоторую минимальную величину, называемую порогом чувствительности глаза, то их действие благодаря инерционности зрения может накапливаться, или, иными словами, суммироваться, во времени.
Зрительное ощущение возникает вследствие распада светочувствительного вещества в палочках и колбочках, когда в них попадает свет. После того как свет прекращается, начинается обратный процесс — светочувствительное вещество вновь восстанавливается. Распад его идет тем быстрее, чем интенсивнее падающий в глаза свет. Восстановление же происходит тем скорее, чем более глубокая темнота воцаряется после исчезновения света.
Световое ощущение возникает обычно через 0,05—0,2 секунды, в зависимости от интенсивности света. Исчезновение светового ощущения происходит за большее время, более постепенно.
Теперь для освещения очень часто используются так называемые люминесцентные лампы, а для рекламных целей — газосветные трубки. И те и другие обладают одним свойством, которое сильно отличает их от обычных электрических ламп накаливания. Оно заключается в том, что при подключении их к напряжению переменного тока (а он теперь применяется почти везде) свет, испускаемый такой лампой или трубкой, будет непрерывно пульсировать.
В нашей стране и во всех европейских странах частота колебаний переменного тока равна 50 периодам в секунду. Это означает, что за секунду напряжение будет 50 раз менять свою полярность: 50 раз оно будет максимальным по величине и положительным и столько же раз максимальным и отрицательным. В промежутках между максимумами напряжение будет плавно уменьшаться до нуля и будет принимать нулевое значение 100 раз в течение секунды. В такт с изменениями напряжения будет изменяться и яркость: за секунду произойдет 100 вспышек, причем их яркость будет нарастать, достигая максимума, и снова падать до нуля.
Если бы наше зрение было безынерционным, все окружающее при свете газосветных ламп представлялось бы то ярко освещенным, то погруженным во тьму, словно озаренным чрезвычайно частыми вспышками молний. Но этого не происходит в силу того, что ни распад, ни восстановление светочувствительного вещества в палочках и колбочках не могут происходить мгновенно, а требуют заметного времени. Именно поэтому мы почти не замечаем мерцания люминесцентных и ртутных ламп, газосветных трубок.
Почти… Но отнюдь не полностью, даже в тех случаях, когда свет пульсирует с частотой 100 раз в секунду. Такие пульсации очень легко обнаружить, если специально этим заняться. Стоит лишь быстро провести в воздухе ладонью с расставленными пальцами или, что еще лучше, тонким блестящим штырем, и мы заметим необычное явление: вместо непрерывной просвечивающей насквозь полосы, которая наблюдается в подобных случаях днем, глаз различит множество отдельных, чуть смазанных полосок.
Проведите опыт при свете таких ламп, вырезав из приложения к этой книге диск с черно-белым узором. Попробуйте объяснить, почему при некоторой скорости вращения этого диска кажется, что кольца на нем начинают двигаться в разных направлениях. Объясните, почему это же не наблюдается при дневном свете и почему при свете ламп накаливания движение заметно очень слабо.
А теперь другой опыт. Посмотрите на зажженную спичку или горящую электрическую лампу (только не очень яркую), а затем быстро переведите взгляд на приготовленную заранее черную бархотку или на кусок черной бумаги. Если под руками у вас не окажется ни того, ни другого, можно перевести взгляд в темный угол комнаты. Сделав это, вы заметите, что изображение пламени или раскаленного волоска лампы, хотя и более тусклое, сохраняется некоторое время после того, как вы перестали смотреть на светящийся предмет. В данном случае вы видите его последовательный образ или, точнее, позитивный последовательный образ.
Возникновение и существование последовательных образов определяются тем, что процесс восстановления светочувствительного вещества в палочках и колбочках требует известного времени.
Снова проведем опыт, о котором говорилось выше, но теперь продолжим его. Когда последовательный образ яркого предмета потускнеет, быстро переведите взгляд с темного фона на равномерно и ярко освещенный лист белой бумаги. На его фоне вы снова увидите прежнее изображение, правда еще более расплывчатое и тусклое. Но важно другое: изображение теперь будет уже темным на светлом фоне. Оно тоже является последовательным образом, но на этот раз негативным.
Возникновение негативных последовательных образов объясняется тем, что засвеченные ярким светом участки сетчатки становятся менее чувствительными, чем те, на которые не попали лучи яркого света. Это неравномерное распределение чувствительности запечатлевается на сетчатке на несколько секунд. Если в это время смотреть на равномерно освещенный белый лист, он будет восприниматься таким, словно на его поверхности имеется затемненный участок, по форме соответствующий тому предмету, на который мы ранее смотрели.
Движущийся тонкий блестящий стержень при мерцающем свете люминесцентной лампы. Вверху, слева, — графики изменения тока через лампу и изменения яркости света.
Несколько слов об особенности зрения двумя глазами.
До сих пор, говоря о зрении, мы не делали различия между тем, смотрим ли на предмет одним или двумя глазами. Действительно, не стоило об этом думать, пока не возник вопрос о чувстве глубины пространства, о способности оценивать расстояние до предметов, находящихся в поле зрения.
Обычная фотография или картина всегда создает у зрителя ощущение глубины изображаемого пространства. Это ощущение, однако, не меняется от того, рассматриваем ли мы изображение одним или двумя глазами[12]. В данном случае ощущение глубины создается линейной и воздушной перспективами. Первая позволяет нам судить о близости или отдаленности предметов по размерам их изображений. Вторая дополняет первую тем, что контуры и поверхности изображаемых предметов становятся все более расплывчатыми и нечеткими по мере удаления от переднего плана. Если изображение к тому же цветное, то этому способствует изменение цветов отдаленных предметов: они как бы блекнут и растворяются в воздушной дымке.
Подобным образом мы ощущаем глубину реального пространства, пользуясь одним глазом, и не чувствуем при этом большой разницы между зрением одним глазом и двумя. А она очень велика.
Попробуйте проделать один очень несложный опыт. Для него потребуются два обычных писчих пера или, если вы предпочитаете пользоваться авторучкой, две спички, хотя опыт с ними выглядит менее эффектно. Опыт надо проводить без какой-либо предварительной тренировки.
Положите одно перо на коробочку или книгу так, чтобы его острие выступало над краем. Затем возьмите в левую руку второе перо. Зажмурьте один глаз и попробуйте, перемещая руку с расстояния 20–30 сантиметров, плавным и непрерывным движением дотронуться кончиком одного пера до кончика другого. Сделайте то же, открыв оба глаза. И вы сразу почувствуете, какая огромная разница между зрением одним глазом (монокулярным) и двумя глазами (бинокулярным).