كم عدد الألوان التي يمكننا رؤيتها؟
تحتوي عين الإنسان السليمة على ثلاثة أنواع من المخاريط، يستطيع كل منها تمييز حوالي 100 ظل مختلف من الألوان، لذلك يتفق معظم الباحثين على أن أعيننا يمكنها تمييز حوالي مليون ظل في المجمل. ومع ذلك، فإن إدراك الألوان هو قدرة ذاتية إلى حد ما تختلف من شخص لآخر، مما يجعل من الصعب تحديد الأرقام الدقيقة.
تقول كيمبرلي جاميسون، عالمة الأبحاث في جامعة كاليفورنيا في إيرفاين: "من الصعب للغاية أن نترجم ذلك إلى أرقام". "ما يراه شخص ما قد يكون مجرد جزء من الألوان التي يراها شخص آخر."
يعرف جاميسون ما يتحدث عنه لأنه يعمل مع "tetrachromats" - الأشخاص ذوي الرؤية "الخارقة". هؤلاء الأفراد النادرون، ومعظمهم من النساء، لديهم طفرة جينية تمنحهم مخاريط رابعة إضافية. بشكل تقريبي، بفضل المجموعة الرابعة من المخاريط، يمكن لرباعي الألوان رؤية 100 مليون لون. (الأشخاص المصابون بعمى الألوان، ثنائي اللون، لديهم نوعان فقط من المخاريط ويرون ما يقرب من 10000 لون.)
ما هو عدد الفوتونات الدنيا التي نحتاج إلى رؤيتها؟
لكي تعمل رؤية الألوان، تحتاج المخاريط عادةً إلى ضوء أكثر بكثير من نظيراتها العصية. لذلك، في ظروف الإضاءة المنخفضة، "يتلاشى" اللون مع ظهور العصي أحادية اللون في المقدمة.
في ظل ظروف معملية مثالية وفي مناطق الشبكية حيث تكون العصي غائبة إلى حد كبير، يمكن تنشيط المخاريط بواسطة عدد قليل من الفوتونات فقط. ومع ذلك، فإن العصي تعمل بشكل أفضل في ظروف الإضاءة المنتشرة. وكما أظهرت التجارب في الأربعينيات، فإن كمية واحدة من الضوء تكفي لجذب انتباهنا. يقول بريان وانديل، أستاذ علم النفس والهندسة الكهربائية في جامعة ستانفورد: "يمكن للناس أن يستجيبوا لفوتون واحد". "ليس هناك فائدة من أن تكون أكثر حساسية." 
في عام 1941، أجلس الباحثون في جامعة كولومبيا الناس في غرفة مظلمة وتركوا أعينهم تتكيف. استغرقت القضبان عدة دقائق للوصول إلى الحساسية الكاملة، ولهذا السبب نواجه صعوبة في رؤية متى تنطفئ الأضواء فجأة.
ثم قام العلماء بوميض الضوء الأزرق والأخضر أمام وجوه الأشخاص. وبمستوى أعلى من الصدفة الإحصائية، تمكن المشاركون من اكتشاف الضوء عندما وصل أول 54 فوتونًا إلى أعينهم.
وبعد تعويض فقدان الفوتونات من خلال امتصاصها من قبل مكونات أخرى للعين، وجد العلماء أن خمسة فوتونات قامت بتنشيط خمسة قضبان منفصلة أعطت المشاركين الإحساس بالضوء.
ما هي نهاية أصغر وأبعد شيء يمكننا رؤيته؟
قد تفاجئك هذه الحقيقة: لا يوجد حد متأصل لأصغر أو أبعد شيء يمكننا رؤيته. طالما أن الأجسام من أي حجم، وعلى أي مسافة، تنقل الفوتونات إلى خلايا الشبكية، فيمكننا رؤيتها.
يقول لاندي: "كل ما تهتم به العين هو كمية الضوء التي تصل إلى العين". - العدد الإجمالي للفوتونات. يمكنك جعل مصدر الضوء صغيرًا وبعيدًا بشكل يبعث على السخرية، ولكن إذا كان ينبعث منه فوتونات قوية، فسوف تراه."
على سبيل المثال، يقول الاعتقاد السائد أنه في ليلة مظلمة صافية يمكننا رؤية ضوء شمعة من مسافة 48 كيلومترا. من الناحية العملية، بطبيعة الحال، سوف تغمر أعيننا بالفوتونات، وبالتالي فإن كميات الضوء المتجولة من مسافات بعيدة سوف تضيع ببساطة في هذه الفوضى. يقول لاندي: "عندما تزيد من شدة الخلفية، فإن كمية الضوء التي تحتاجها لرؤية شيء ما تزداد". 
تقدم سماء الليل، بخلفيتها المظلمة المنقطة بالنجوم، مثالا صارخا على نطاق رؤيتنا. النجوم ضخمة. العديد من تلك التي نراها في سماء الليل يبلغ قطرها ملايين الكيلومترات. لكن حتى أقرب النجوم تبعد عنا 24 تريليون كيلومتر على الأقل، وبالتالي فهي صغيرة جدًا بالنسبة لأعيننا بحيث لا يمكن رؤيتها. ومع ذلك، فإننا نراها كنقاط باعثة للضوء قوية، حيث تنتقل الفوتونات عبر المسافات الكونية إلى أعيننا.
جميع النجوم الفردية التي نراها في سماء الليل تقع في مجرتنا - . أبعد جسم يمكننا رؤيته بالعين المجردة يقع خارج مجرتنا: مجرة المرأة المسلسلة، التي تقع على بعد 2.5 مليون سنة ضوئية. (على الرغم من أن هذا أمر مثير للجدل، إلا أن بعض الأفراد يزعمون أنهم يستطيعون رؤية مجرة المثلث في سماء ليلية مظلمة للغاية، وهي على بعد ثلاثة ملايين سنة ضوئية، عليك فقط أن تصدق كلامهم).
تريليون نجم في مجرة المرأة المسلسلة، بالنظر إلى المسافة إليها، تتلاشى في رقعة غامضة ومتوهجة من السماء. ومع ذلك فإن حجمها هائل. من حيث الحجم الظاهري، حتى على بعد كوينتيليون كيلومتر، فإن هذه المجرة أوسع بست مرات من القمر الكامل. ومع ذلك، فإن القليل جدًا من الفوتونات يصل إلى أعيننا، مما يجعل هذا الوحش السماوي غير مرئي تقريبًا.
إلى أي مدى يمكن أن تكون الرؤية حادة؟
لماذا لا نستطيع التمييز بين النجوم الفردية في مجرة المرأة المسلسلة؟ إن حدود الدقة البصرية لدينا، أو حدة البصر، تفرض حدودها. حدة البصر هي القدرة على تمييز التفاصيل مثل النقاط أو الخطوط بشكل منفصل عن بعضها البعض بحيث لا تندمج معًا. وهكذا، يمكننا أن نفكر في حدود الرؤية على أنها عدد "النقاط" التي يمكننا تمييزها. 
يتم تحديد حدود حدة البصر من خلال عدة عوامل، مثل المسافات بين المخاريط والعصي الموجودة في شبكية العين. من المهم أيضًا بصريات مقلة العين نفسها، والتي، كما قلنا سابقًا، تمنع اختراق جميع الفوتونات الممكنة للخلايا الحساسة للضوء.
من الناحية النظرية، أظهرت الأبحاث أن أفضل ما يمكننا رؤيته هو حوالي 120 بكسل لكل درجة قوس، وهي وحدة قياس زاوية. يمكنك أن تفكر في الأمر على أنه رقعة شطرنج باللونين الأبيض والأسود مقاس 60 × 60 يمكن وضعها على ظفر يد ممدودة. يقول لاندي: "إنه أوضح نمط يمكنك رؤيته".
اختبار الرؤية، مثل الرسم البياني بأحرف صغيرة، يتبع نفس المبادئ. تفسر حدود الحدة نفسها سبب عدم قدرتنا على التمييز والتركيز على خلية بيولوجية واحدة خافتة يبلغ عرضها عدة ميكرومترات.
لكن لا تشطب نفسك. مليون لون، وفوتون واحد، وعوالم مجرية تبعد ملايين الكيلومترات - وهذا ليس سيئًا للغاية بالنسبة لفقاعة من الهلام في محجر أعيننا متصلة بإسفنجة تزن 1.4 كجم في جماجمنا.
يبدأ سطح الأرض في مجال رؤيتك بالانحناء على مسافة حوالي 5 كيلومترات. لكن حدة الرؤية البشرية تسمح لنا برؤية أبعد بكثير من الأفق. إذا لم يكن هناك انحناء، فستتمكن من رؤية لهب شمعة على بعد 50 كم.
يعتمد مدى الرؤية على عدد الفوتونات المنبعثة من الجسم البعيد. تبعث نجوم هذه المجرة البالغ عددها مليون نجم ما يكفي من الضوء لعدة آلاف من الفوتونات للوصول إلى كل متر مربع. سم الأرض. وهذا يكفي لإثارة شبكية العين البشرية.
وبما أنه من المستحيل التحقق من حدة الرؤية البشرية أثناء وجوده على الأرض، لجأ العلماء إلى الحسابات الرياضية. ووجدوا أنه من أجل رؤية الضوء الوامض، يجب أن يصل ما بين 5 إلى 14 فوتونًا إلى شبكية العين. وشعلة الشمعة على مسافة 50 كم مع مراعاة تشتت الضوء تعطي هذه الكمية، ويتعرف الدماغ على وهج ضعيف.
كيف تكتشف شيئًا شخصيًا عن محاورك من خلال مظهره
أسرار "البوم" التي لا تعرفها "القبرات". كيف يعمل "البريد الدماغي" - نقل الرسائل من دماغ إلى دماغ عبر الإنترنت لماذا الملل ضروري؟ "الرجل المغناطيس": كيف تصبح أكثر كاريزمية وتجذب الناس إليك 25 مقولة من شأنها أن تبرز مقاتلك الداخلي كيفية تنمية الثقة بالنفس هل من الممكن "تطهير الجسم من السموم"؟ 5 أسباب تجعل الناس يلومون دائمًا الضحية، وليس المجرم، على الجريمة
ينحني سطح الأرض ويختفي عن الأنظار على مسافة 5 كيلومترات. لكن حدة البصر لدينا تسمح لنا برؤية ما هو أبعد من الأفق. لو كانت الأرض مسطحة، أو إذا وقفت على قمة جبل ونظرت إلى مساحة أكبر بكثير من الكوكب من المعتاد، فسوف تتمكن من رؤية الأضواء الساطعة على بعد مئات الكيلومترات. وفي ليلة مظلمة، يمكنك رؤية شعلة شمعة تقع على بعد 48 كيلومترًا منك.
يعتمد المدى الذي يمكن للعين البشرية رؤيته على عدد جزيئات الضوء، أو الفوتونات، المنبعثة من جسم بعيد. أبعد جسم يمكن رؤيته بالعين المجردة هو سديم المرأة المسلسلة، الذي يقع على مسافة هائلة تبلغ 2.6 مليون سنة ضوئية من الأرض. تبعث المجرة التي يبلغ عددها تريليون نجم ما يكفي من الضوء في المجمل لتسبب عدة آلاف من الفوتونات في ضرب كل سنتيمتر مربع من سطح الأرض في كل ثانية. وفي الليلة المظلمة، هذه الكمية كافية لتنشيط شبكية العين.
في عام 1941، قام عالم الرؤية سيليج هيشت وزملاؤه في جامعة كولومبيا بعمل ما يعتبر حتى الآن مقياسًا موثوقًا للعتبة البصرية المطلقة، وهو الحد الأدنى لعدد الفوتونات التي يجب أن تصل إلى شبكية العين لإنتاج الوعي البصري. حددت التجربة العتبة في ظل ظروف مثالية: مُنحت أعين المشاركين وقتًا للتكيف تمامًا مع الظلام المطلق، وكان وميض الضوء الأزرق والأخضر الذي يعمل كمحفز يبلغ طوله الموجي 510 نانومتر (وهو ما تكون العيون أكثر حساسية له). وتم توجيه الضوء إلى الحافة الطرفية للشبكية، مملوءة بخلايا قضيبية حساسة للضوء.
وفقًا للعلماء، لكي يتمكن المشاركون في التجربة من التعرف على وميض الضوء هذا في أكثر من نصف الحالات، كان من الضروري ضرب مقل العيون من 54 إلى 148 فوتونًا. واستنادا إلى قياسات امتصاص الشبكية، يقدر العلماء أن قضبان شبكية العين البشرية تمتص في المتوسط 10 فوتونات. وبالتالي، فإن امتصاص 5-14 فوتونًا أو، على التوالي، تنشيط 5-14 قضيبًا يشير إلى الدماغ أنك ترى شيئًا ما.
"هذا في الواقع عدد صغير جدًا من التفاعلات الكيميائية"، كما أشار هيشت وزملاؤه في ورقة بحثية حول التجربة.
ومع الأخذ في الاعتبار العتبة المطلقة، وسطوع لهب الشمعة، والمسافة المقدرة التي يخفت عندها الجسم المضيء، خلص العلماء إلى أن الشخص يمكنه تمييز الوميض الخافت للهب الشمعة على مسافة 48 كيلومترا.
يمكن تمييز الأشياء بحجم الإنسان على أنها ممتدة على مسافة حوالي 3 كيلومترات فقط. بالمقارنة، عند تلك المسافة، يمكننا أن نميز بوضوح بين مصباحين أماميين لسيارتين، ولكن على أي مسافة يمكننا أن ندرك أن الجسم هو أكثر من مجرد وميض ضوء؟ لكي يظهر الجسم ممتدًا مكانيًا وليس على شكل نقطة، يجب أن ينشط الضوء الصادر منه اثنين على الأقل من مخروطي الشبكية المتجاورين - الخلايا المسؤولة عن رؤية الألوان. في ظل الظروف المثالية، يجب أن يقع الجسم بزاوية لا تقل عن دقيقة قوسية واحدة، أو سدس درجة، لإثارة المخاريط المجاورة. ويظل هذا القياس الزاوي كما هو سواء كان الجسم قريبًا أو بعيدًا (يجب أن يكون الجسم البعيد أكبر بكثير ليكون في نفس زاوية الجسم القريب). يقع البدر بزاوية قدرها 30 دقيقة قوسية، في حين أن كوكب الزهرة بالكاد يمكن رؤيته كجسم ممتد بزاوية تبلغ حوالي دقيقة قوسية واحدة.
