Fino a che punto può vedere l'occhio umano? Straordinarie capacità dell'occhio umano: visione cosmica e raggi invisibili Quanto lontano vede l'occhio umano.

22-08-2011, 06:44

Descrizione

Durante la guerra civile americana, il dottor Herman Snellen sviluppò una tabella per testare la visione da una distanza di venti piedi (6 m). Ancora oggi tavoli progettati secondo il modello decorano le pareti degli uffici di oftalmologi e infermieri scolastici.

Nel diciannovesimo secolo, gli esperti della vista stabilirono che dovremmo essere in grado di vedere lettere alte poco meno di 1,25 cm a 6 metri (20 piedi) e coloro che riescono a vedere lettere di queste dimensioni si dice che abbiano una vista perfetta, cioè 20/20.

Da allora è defluita molta acqua. Il mondo è cambiato radicalmente. Ci fu una rivoluzione scientifica e tecnologica, la poliomielite fu sconfitta, l'uomo andò sulla luna, apparvero i computer e i cellulari.

Ma nonostante la più recente tecnologia di chirurgia laser dell'occhio, le lenti a contatto multicolori, nonostante le sempre crescenti esigenze visive di Internet, la cura quotidiana degli occhi è essenzialmente la stessa del lettino del dottor Snellen, creato quasi centocinquanta anni fa. .

Misuriamo la forza dei nostri muscoli per la visione chiara misurando quanto bene riusciamo a vedere minuscole lettere a distanza ravvicinata.

I quindicenni con una vista normale possono vedere lettere piccole da tre o quattro pollici. Con l’età, tuttavia, queste forze cominciano a diminuire. A causa del naturale processo di invecchiamento, intorno ai trent'anni perdiamo la metà della nostra capacità di vedere chiaramente e siamo in grado di mettere a fuoco a una distanza compresa tra 10 e 20 centimetri. Nei successivi dieci anni perdiamo nuovamente metà delle nostre forze e la nostra attenzione scivola a sedici pollici (40 cm). La prossima volta che perdiamo metà della nostra visione chiara è solitamente tra i quaranta e i quarantacinque anni. Durante questo periodo, la messa a fuoco aumenta fino a 80 cm e improvvisamente le nostre braccia diventano troppo corte per permetterci di leggere. Sebbene molti dei pazienti che ho visitato affermassero che il problema era più nelle mani che negli occhi, tutti preferivano indossare occhiali da lettura piuttosto che sottoporsi a un intervento chirurgico di allungamento del braccio.

Tuttavia, non solo persone anziane necessità di aumentare la forza dei muscoli visivi. A volte incontro giovani e anche bambini che hanno bisogno di aumentare notevolmente questa forza per poter leggere o studiare senza stancarsi. Per avere subito un'idea della potenza della tua visione, copri un occhio con la mano e avvicinati alla tabella della visione da vicino in modo da poter vedere le lettere sulla riga 40. Ora chiudi l'altro occhio e ripeti il ​​processo. Se indossi occhiali da lettura, indossali durante il controllo. Dopo aver eseguito gli esercizi per la visione chiara per due settimane, ripeti il ​​test nello stesso modo e nota se ci sono cambiamenti.

Flessibilità

Quelli che hanno gli oggetti si confondono davanti agli occhi durante i primi secondi in cui alzano lo sguardo da un libro o da un computer, hanno difficoltà con la flessibilità dei muscoli della visione chiara. Se i tuoi hobby o il tuo lavoro ti richiedono di cambiare spesso la messa a fuoco degli occhi e i contorni degli oggetti non diventano subito nitidi, probabilmente hai già perso molte ore aspettando che la tua vista diventi di nuovo chiara. Ad esempio, uno studente che impiega più tempo degli altri a distogliere lo sguardo dalla lavagna e concentrarsi sul proprio quaderno, impiegherà più tempo a completare il compito scritto sulla lavagna.

Resistenza

Come ho detto prima, non basta saper nominare una mezza dozzina di lettere su un tavolo mentre si controlla. Dovresti essere in grado di mantenere la vista chiara per un po', anche se riesci a leggere la riga 20/10. Coloro che hanno problemi di resistenza hanno difficoltà a mantenere una visione chiara durante la lettura o la guida. Di solito vedono gli oggetti in modo confuso, i loro occhi si infiammano e hanno persino mal di testa quando devono guardare qualcosa da vicino per molto tempo. La facilità con cui potrai eseguire gli esercizi descritti nella seconda metà di questo capitolo ti darà un'idea sia della flessibilità che della resistenza della tua vista.

In ho raccontato una storia su Bill e su come la sua vista sia peggiorata a causa dell'uso prolungato di Internet. Questo era un esempio di come la visione 20/20 sia una buona posizione di partenza, ma è solo una posizione di partenza. Avere una vista 20/20 non garantisce che gli oggetti saranno nitidi quando distogliamo gli occhi dal libro o dal monitor del computer, o che non soffriremo di mal di testa o disturbi di stomaco durante la lettura. Avere una vista 20/20 non garantisce di poter vedere bene i segnali stradali di notte o di vedere bene come le altre persone.

Il massimo che la visione 20/20 può garantire è che possiamo, a distanza da una carta ottocentesca, tenere gli occhi a fuoco abbastanza a lungo da leggere sei o otto lettere.

« Allora perché dovremmo accontentarci di una visione 20/20?? - tu chiedi.

La mia risposta è, ovviamente: E davvero, perché?»

Perché accontentarsi di occhi irritati o mal di testa mentre si lavora al computer? Perché accontentarsi dello sforzo extra che sottilmente ci stanca quando leggiamo e ci fa sentire come un limone spremuto a fine giornata? Perché accontentarsi della tensione con cui cerchiamo di distinguere i segnali stradali quando ci muoviamo la sera nel traffico? Questa carta della visione dell'Antico Testamento non avrebbe dovuto essere sepolta molto prima della fine del ventesimo secolo? In breve, perché dovremmo accettare che la nostra visione non corrisponda all’era di Internet?

Bene, se vuoi che la qualità della tua vista soddisfi i requisiti del ventunesimo secolo, allora è il momento di lavorare sulla flessibilità dei muscoli oculari.

Ma prima di iniziare, lascia che ti dia un avvertimento. Come con qualsiasi esercizio, testare i muscoli oculari può causare inizialmente dolore e disagio. I tuoi occhi potrebbero bruciare per la tensione. Potresti avvertire un leggero mal di testa. Anche il tuo stomaco può resistere all'esercizio perché è controllato dallo stesso sistema nervoso che controlla la messa a fuoco dei tuoi occhi. Ma se non ti arrendi e continui ad allenarti per sette minuti al giorno (tre minuti e mezzo per ciascun occhio), il dolore e il disagio scompariranno gradualmente e smetterai di provarli non solo durante l'esercizio, ma anche anche durante il resto della giornata.

Precisione. Forza. Flessibilità. Resistenza. Ecco le qualità che i tuoi occhi acquisiranno di conseguenza forma fisica degli occhi.

BENE. È già stato detto abbastanza. Iniziamo. Anche se decidi di sfogliare prima l'intero libro e di iniziare dopo, ti consiglio comunque di provare subito l'esercizio Clear Vision I, solo per avere un'idea di come funzionano i muscoli oculari. Oppure, se preferisci non alzarti, prova l'esercizio Clear Vision III, senza sforzarti troppo.

Mentre svolgi gli esercizi di questo libro, non leggere l'intero esercizio in una volta. Prima di leggere la descrizione del passaggio successivo dell'esercizio, completa quello precedente. È meglio fare l'esercizio piuttosto che leggerlo semplicemente. Quindi non ti confonderai e avrai successo.

Una serie di esercizi "Visione chiara"

Visione chiara 1

Vi propongo tre tavoli per l'allenamento sulla chiarezza visiva: una tabella con lettere grandi per l'addestramento alla visione da lontano e due tabelle (A e B) con lettere piccole per l'addestramento alla visione da vicino. Ritagliali dal libro o fai delle copie.

Se non hai bisogno degli occhiali, va bene! Non ti servono per questi esercizi. Se ti sono stati prescritti degli occhiali da indossare sempre, indossali durante l'attività fisica. Se hai occhiali con prescrizione bassa e il tuo medico ti ha detto che puoi indossarli quando vuoi, e preferisci farne a meno, allora prova l'esercizio anche senza occhiali.

E se preferisci indossarli, esegui l'esercizio anche con essi.

Esegui l'esercizio nel seguente ordine:

1. Fissare la tabella della visione a distanza su una parete ben illuminata.

2. Allontanarsi dal tavolo a una distanza tale da poter vedere chiaramente tutte le lettere: da 1,8 a 3 m (da 6 a 10 piedi).

3. Tieni la tabella della visione da vicino con la mano destra.

4. Chiudi l'occhio sinistro con il palmo della mano sinistra. Non premerlo contro l'occhio, ma piegarlo in modo che entrambi gli occhi rimangano aperti.

5. Avvicina la tabella A ai tuoi occhi in modo da poter leggere le lettere comodamente - da 15 a 25 cm circa. Se hai più di quarant'anni, probabilmente dovrai iniziare da sedici pollici (40 cm).

6. In questa posizione (con l'occhio sinistro chiuso con il palmo della mano, stando a una distanza tale dalla tabella della visione a distanza da poterla leggere liberamente, e con la Mappa A vicino agli occhi in modo da poterla leggere comodamente) leggi il prime tre lettere sulla tabella per il test della visione da lontano: E, F, T.

7. Sposta gli occhi sulla tabella per il controllo della visione da vicino e leggi le seguenti tre lettere: Z, A, C.

9. Dopo aver finito di leggere le tabelle con l'occhio destro (e dopo aver dedicato tre minuti e mezzo a questo), prendi la tabella più vicina con la mano sinistra e chiudi l'occhio destro con il palmo della mano, sempre senza premerlo, ma in modo che rimane aperto sotto il palmo della mano.

10. Leggi le tabelle con l'occhio sinistro, tre lettere alla volta, proprio come le leggi con l'occhio destro: E, F, T - tavola lontana, Z, A, C - tavola vicina, ecc.

Durante l'esercizio "Visione chiara I" noterai che all'inizio, quando guardi da un tavolo all'altro, ti ci vorrà qualche secondo per concentrarti su di essi. Ogni volta che guardi in lontananza, rilassi i muscoli degli occhi e li tendi quando guardi qualcosa da vicino. Quanto più velocemente riesci a rimettere a fuoco gli occhi, tanto più flessibili diventeranno i tuoi muscoli oculari. Più a lungo riesci a fare l'esercizio senza sentirti stanco, maggiore sarà la resistenza dei muscoli oculari. Quando lavori con i tavoli, tienili a una distanza comoda per abituarti a tendere e rilassare i muscoli oculari senza affaticare gli occhi. Almeno all'inizio, lavora con questo esercizio per non più di sette minuti al giorno, tre minuti e mezzo per ciascun occhio. Allontanatevi gradualmente dal tavolo grande e avvicinate quello piccolo ai vostri occhi. Una volta che sarai in grado di eseguire questo esercizio senza disagio, sarai pronto per passare all'esercizio Clear Vision II.

Visione chiara 2

Lo scopo dell'esercizio "Visione chiara I" consisteva nell'imparare a spostare rapidamente e senza tensione il fuoco della visione a diverse distanze. Questa abilità ti aiuterà anche a mantenere la concentrazione mentre leggi, guidi un'auto o quando hai bisogno di vedere i dettagli di un oggetto. Eseguendo l'esercizio Visione Chiara E, amplierai ulteriormente la gamma di chiarezza e aumenterai la potenza e la precisione della visione.

Lavorando sull'esercizio Clear Vision II, segui la stessa procedura in dieci passaggi di Clear Vision I, con alcune eccezioni, vale a dire: nel passaggio 2, allontanati dal grande tavolo finché non riesci a malapena a riconoscere le lettere. Ad esempio, se nell'esercizio Visione Chiara riuscivi a vedere facilmente le lettere stando a tre metri dal tavolo, ora stai a dodici piedi da esso. Quando inizi a vedere meglio, continua ad allontanarti dal tavolo finché non riesci a leggere le lettere a una distanza di venti piedi (6 m).

Allo stesso modo, nel passo 5: invece di tenere il tavolino tra le mani così vicino da poterlo leggere comodamente, ora avvicinalo di qualche centimetro ai tuoi occhi, cioè così lontano da dover fare uno sforzo per leggere il testo. lettere. Lavora finché non riesci a leggere la tabella a una distanza di circa 10 cm dai tuoi occhi. Se hai più di quarant'anni, probabilmente non sarai in grado di leggere la tabella a quattro pollici. Potrebbe essere necessario allenarsi a una distanza di sei (15 cm), dieci pollici (25 cm) o anche sedici pollici (40 cm). Tu stesso dovrai determinare la distanza desiderata. Assicurati solo di tenere il grafico così vicino agli occhi da riuscire a malapena a distinguere le lettere. Mentre pratichi, amplierai la tua gamma di visione chiara.

Quando riesci a stare a tre metri dalla tabella della visione a distanza e a vedere chiaramente tutte le lettere, la tua acuità visiva sarà 20/20. Se riesci ad allontanarti ancora un po' da esso - tredici piedi (3,9 metri) e continui a vedere le lettere, la tua visione sarà di circa 20/15. E infine, se riesci a vedere chiaramente le lettere sul tavolo a una distanza di venti piedi (6 m), significa che la tua acuità visiva è raddoppiata rispetto a quella degli scienziati miopi del XIX secolo, cioè la tua vista è 20/10 - puoi vedere da venti piedi quello che loro potevano vedere solo da dieci.

Visione chiara III

Esercizio "Visione chiara III" progettato per aumentare ulteriormente la precisione, la forza, la flessibilità e la resistenza dei tuoi occhi a portata di mano. Può essere facilmente eseguito stando seduti alla scrivania.

Utilizzare la tabella "B" per determinare la chiarezza della visione da vicino. Se hai gli occhiali da lettura, esercitati con loro. Se il tavolo B è troppo piccolo per poter vedere le lettere anche con gli occhiali, usa il tavolo A.

Seguire i passaggi seguenti.

1. Copri un occhio con il palmo della mano.

2. Avvicina la tabella B all'altro occhio in modo che sia comodo leggere le lettere.

3. Sbatti leggermente le palpebre e vedi se riesci ad avvicinare un po' di più il tavolo a te, ma in modo da poter comunque mantenere la concentrazione.

4. Quindi sposta il tavolo lontano da te in modo da poter leggere le lettere comodamente, se possibile a distanza di un braccio.

5. Sbatti leggermente le palpebre e vedi se riesci ad allontanare un po' di più il tavolo da te, ma in modo da poter comunque mantenere la concentrazione.

7. Dopo aver completato l'esercizio con un occhio, chiudilo con il palmo della mano e ripeti l'intera procedura con l'altro occhio per altri tre minuti.

8. Infine, entro un minuto, con entrambi gli occhi aperti, sposta il lettino più lontano o più vicino agli occhi.

Una volta completato l'esercizio Visione Chiara I, puoi alternare gli esercizi eseguendo l'esercizio Visione Chiara II un giorno e l'esercizio Visione Chiara III il giorno successivo, impiegando sette minuti ciascuno.

Programma di esercizi

Parlerò più approfonditamente del tuo programma nel capitolo 10, ma se vuoi iniziare adesso, lavora sugli esercizi per sette minuti al giorno, allo stesso tempo. In questo caso, sarai già sulla buona strada per esercitare al meglio la tua vista ancor prima di finire di leggere questo libro.

Articolo dal libro:

La superficie della Terra si curva e scompare dal campo visivo a una distanza di 5 chilometri. Ma l’acutezza della nostra visione ci permette di vedere ben oltre l’orizzonte. Se la Terra fosse piatta, o se ti trovassi in cima a una montagna e guardassi un’area del pianeta molto più ampia del solito, potresti vedere luci brillanti a centinaia di chilometri di distanza. In una notte buia potresti persino vedere la fiamma di una candela situata a 48 chilometri da te.

Quanto lontano può vedere l'occhio umano dipende da quante particelle di luce, o fotoni, emette l'oggetto distante. L'oggetto più lontano visibile ad occhio nudo è la Nebulosa di Andromeda, situata a una distanza di 2,6 milioni di anni luce dalla Terra. Un trilione di stelle in questa galassia emettono luce sufficiente per far sì che diverse migliaia di fotoni entrino in collisione con ogni centimetro quadrato della superficie terrestre ogni secondo. In una notte buia, questa quantità è sufficiente per attivare la retina.

Nel 1941, lo specialista della vista Selig Hecht e i suoi colleghi della Columbia University realizzarono quella che è ancora considerata una misura affidabile della soglia assoluta della visione: il numero minimo di fotoni che devono entrare nella retina per provocare la consapevolezza della percezione visiva. L'esperimento ha fissato una soglia in condizioni ideali: agli occhi dei partecipanti è stato concesso il tempo di adattarsi completamente all'oscurità assoluta, il lampo di luce blu-verde che fungeva da stimolo aveva una lunghezza d'onda di 510 nanometri (a cui gli occhi sono più sensibili), e la luce era diretta verso il bordo periferico della retina, pieno di bastoncelli che riconoscono la luce.

Secondo gli scienziati, affinché i partecipanti all'esperimento potessero riconoscere un tale lampo di luce in più della metà dei casi, dovevano cadere nei bulbi oculari da 54 a 148 fotoni. Sulla base delle misurazioni dell'assorbimento retinico, gli scienziati hanno calcolato che in media 10 fotoni vengono effettivamente assorbiti dai bastoncini retinici umani. Pertanto, l'assorbimento di 5-14 fotoni o, rispettivamente, l'attivazione di 5-14 bastoncini, indica al cervello che stai vedendo qualcosa.

"Si tratta davvero di un numero molto piccolo di reazioni chimiche", hanno osservato Hecht e colleghi in un articolo sull'esperimento.

Tenendo conto della soglia assoluta, della luminosità della fiamma di una candela e della distanza stimata alla quale un oggetto luminoso si attenua, gli scienziati hanno concluso che una persona può distinguere il debole tremolio della fiamma di una candela a una distanza di 48 chilometri.

Gli oggetti delle dimensioni di una persona sono distinguibili se estesi a una distanza di soli 3 chilometri circa. In confronto, a questa distanza riusciremmo a distinguere chiaramente i due fari di un'auto, ma a quale distanza riconosceremo che l'oggetto è qualcosa di più di un semplice guizzo di luce? Affinché un oggetto appaia esteso nello spazio e non come un punto, la luce proveniente da esso deve attivare almeno due coni retinici adiacenti, le cellule responsabili della visione dei colori. Idealmente, l'oggetto dovrebbe trovarsi ad un angolo di almeno 1 minuto d'arco, o un sesto di grado, per eccitare i coni adiacenti. Questa misura angolare rimane la stessa indipendentemente dal fatto che l'oggetto sia vicino o lontano (l'oggetto lontano deve essere molto più grande per trovarsi allo stesso angolo di quello vicino). La Luna piena si trova ad un angolo di 30 minuti d'arco, mentre Venere è appena visibile come oggetto esteso con un angolo di circa 1 minuto d'arco.

Quanti colori possiamo vedere?

Un occhio umano sano ha tre tipi di coni, ognuno dei quali può distinguere circa 100 diverse sfumature di colore, quindi la maggior parte dei ricercatori concorda sul fatto che i nostri occhi in generale possono distinguere circa un milione di sfumature. Tuttavia, la percezione del colore è una capacità piuttosto soggettiva che varia da persona a persona, quindi è abbastanza difficile determinare i numeri esatti.

"È piuttosto difficile quantificarlo in numeri", afferma Kimberly Jamison, ricercatrice presso l'Università della California, Irvine. "Ciò che una persona vede potrebbe essere solo una frazione dei colori che vede un'altra persona."

Jamison sa di cosa sta parlando perché lavora con i "tetracromati" - persone con una visione "sovrumana". Questi rari individui, per lo più donne, hanno una mutazione genetica che conferisce loro un quarto cono extra. In parole povere, grazie alla quarta serie di coni, i tetracromatici possono vedere 100 milioni di colori. (Le persone daltoniche, dicromate, hanno solo due tipi di coni e vedono circa 10.000 colori.)

Qual è il numero minimo di fotoni che dobbiamo vedere?

Affinché la visione dei colori funzioni, i coni generalmente necessitano di molta più luce rispetto ai bastoncelli. Pertanto, in condizioni di scarsa illuminazione, il colore "svanisce" mentre le aste monocromatiche vengono alla ribalta.

In condizioni ideali di laboratorio, e nelle aree della retina dove i bastoncelli sono in gran parte assenti, i coni possono essere attivati ​​solo da una manciata di fotoni. Tuttavia, i bastoncini funzionano meglio in condizioni di luce diffusa. Come hanno dimostrato gli esperimenti degli anni Quaranta, basta un quanto di luce per attirare la nostra attenzione. "Le persone possono rispondere a un singolo fotone", afferma Brian Wandell, professore di psicologia e ingegneria elettrica a Stanford. "Non ha senso essere ancora più sensibili."


Nel 1941, i ricercatori della Columbia University misero le persone in una stanza buia e lasciarono che i loro occhi si adattassero. Ci sono voluti alcuni minuti perché gli stick raggiungessero la massima sensibilità, motivo per cui abbiamo difficoltà a vedere quando le luci si spengono improvvisamente.

Gli scienziati hanno quindi acceso una luce blu-verde davanti ai volti dei soggetti. Ad un livello superiore alle possibilità statistiche, i partecipanti sono stati in grado di rilevare la luce quando i primi 54 fotoni hanno raggiunto i loro occhi.

Dopo aver compensato la perdita di fotoni attraverso l'assorbimento da parte di altri componenti dell'occhio, gli scienziati hanno scoperto che solo cinque fotoni attivavano cinque bastoncelli separati che davano ai partecipanti un senso di luce.

Qual è il limite del più piccolo e del più lontano che possiamo vedere?

Questo fatto potrebbe sorprenderti: non esiste un limite intrinseco alla cosa più piccola o più distante che possiamo vedere. Finché oggetti di qualsiasi dimensione, a qualsiasi distanza, trasmettono fotoni alle cellule della retina, possiamo vederli.

"Tutto ciò che interessa all'occhio è la quantità di luce che colpisce l'occhio", afferma Landy. - Il numero totale di fotoni. Puoi rendere una sorgente luminosa ridicolmente piccola e distante, ma se emette fotoni potenti, la vedrai”.

Ad esempio, la saggezza convenzionale dice che in una notte buia e limpida possiamo vedere la fiamma di una candela da una distanza di 48 chilometri. In pratica, ovviamente, i nostri occhi si bagneranno semplicemente di fotoni, quindi i quanti di luce che vagano da grandi distanze semplicemente si perderanno in questo caos. "Quando aumenti l'intensità dello sfondo, la quantità di luce necessaria per vedere qualcosa aumenta", afferma Landy.


Il cielo notturno, con uno sfondo scuro tempestato di stelle, è un esempio lampante della portata della nostra visione. Le stelle sono enormi; molti di quelli che vediamo nel cielo notturno hanno un diametro di milioni di chilometri. Ma anche le stelle più vicine distano da noi almeno 24mila miliardi di chilometri, e quindi sono così piccole per i nostri occhi che non riusciamo a distinguerle. Eppure li vediamo come potenti punti di luce che irradiano mentre i fotoni attraversano le distanze cosmiche e colpiscono i nostri occhi.

Tutte le singole stelle che vediamo nel cielo notturno si trovano nella nostra galassia -. L'oggetto più lontano che possiamo vedere ad occhio nudo si trova al di fuori della nostra galassia: la galassia di Andromeda, situata a 2,5 milioni di anni luce di distanza. (Anche se questo è discutibile, alcuni individui affermano di essere in grado di vedere la galassia del Triangolo in un cielo notturno estremamente buio, e che è a tre milioni di anni luce di distanza, basta credergli sulla parola).

I trilioni di stelle nella galassia di Andromeda, data la sua distanza, si confondono in una zona di cielo fiocamente luminosa. Eppure le sue dimensioni sono colossali. In termini di dimensioni apparenti, pur trovandosi a quintilioni di chilometri, questa galassia è sei volte più larga della luna piena. Tuttavia, ai nostri occhi arrivano così pochi fotoni che questo mostro celeste è quasi invisibile.

Quanto può essere nitida la vista?

Perché non possiamo vedere le singole stelle nella galassia di Andromeda? I limiti della nostra risoluzione visiva, o acuità visiva, impongono le proprie limitazioni. L'acuità visiva è la capacità di distinguere dettagli come punti o linee separatamente gli uni dagli altri in modo che non si fondano insieme. Possiamo quindi pensare ai limiti della visione come al numero di “punti” che possiamo distinguere.


I limiti dell'acuità visiva sono stabiliti da diversi fattori, come la distanza tra coni e bastoncelli racchiusi nella retina. Importante è anche l'ottica del bulbo oculare stesso, che, come abbiamo già detto, impedisce la penetrazione di tutti i fotoni possibili nelle cellule sensibili alla luce.

In teoria, gli studi hanno dimostrato che il meglio che possiamo vedere è di circa 120 pixel per grado di arco, un'unità di misura angolare. Puoi pensarla come una scacchiera in bianco e nero 60x60 che si adatta all'unghia di una mano tesa. "È lo schema più chiaro che puoi vedere", dice Landy.

Un esame della vista, come una tabella con lettere minuscole, è guidato dagli stessi principi. Questi stessi limiti di nitidezza spiegano perché non possiamo distinguere e mettere a fuoco una singola cellula biologica debole, larga pochi micrometri.

Ma non cancellarti. Un milione di colori, singoli fotoni, mondi galattici distanti quintilioni di chilometri: non male per una bolla di gelatina nelle nostre orbite, collegata a una spugna da 1,4 chilogrammi nel nostro cranio.

La superficie della Terra nel tuo campo visivo inizia a curvarsi a una distanza di circa 5 km. Ma l'acutezza della visione umana ti consente di vedere molto oltre l'orizzonte. Se non ci fosse la curvatura, potresti vedere la fiamma di una candela a 50 km da te.

Il campo visivo dipende dal numero di fotoni emessi da un oggetto distante. Il miliardo di stelle di questa galassia emettono collettivamente abbastanza luce da consentire a diverse migliaia di fotoni di raggiungere ogni miglio quadrato. vedi Terra. Questo è sufficiente per eccitare la retina dell'occhio umano.

Poiché è impossibile verificare l'acuità della vista umana mentre si è sulla Terra, gli scienziati hanno fatto ricorso a calcoli matematici. Hanno scoperto che per vedere la luce tremolante sono necessari dai 5 ai 14 fotoni per colpire la retina. La fiamma di una candela a una distanza di 50 km, tenendo conto della diffusione della luce, fornisce questa quantità e il cervello riconosce un debole bagliore.

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Dalla visione di galassie lontane anni luce alla visione di colori invisibili, Adam Hadhazy della BBC spiega perché i tuoi occhi possono fare cose incredibili. Dai un'occhiata in giro. Cosa vedi? Tutti questi colori, muri, finestre, tutto sembra ovvio, come se dovesse essere qui. L'idea che vediamo tutto questo grazie a particelle di luce - i fotoni - che rimbalzano su questi oggetti ed entrano nei nostri occhi sembra incredibile.

Questo bombardamento di fotoni viene assorbito da circa 126 milioni di cellule fotosensibili. Diverse direzioni ed energie dei fotoni vengono trasmesse al nostro cervello in diverse forme, colori, luminosità, riempiendo di immagini il nostro mondo multicolore.

La nostra straordinaria visione presenta ovviamente una serie di limiti. Non possiamo vedere le onde radio dei nostri dispositivi elettronici, non possiamo vedere i batteri sotto il nostro naso. Ma con i progressi della fisica e della biologia, possiamo identificare i limiti fondamentali della visione naturale. "Tutto ciò che puoi vedere ha una soglia, il livello più basso al quale non puoi vedere né sopra né sotto", afferma Michael Landy, professore di neuroscienze alla New York University.

Cominciamo a guardare attraverso il prisma – scusate il gioco di parole – queste soglie visive che molti associano in primo luogo alla visione: il colore.

Il motivo per cui vediamo il viola e non il marrone dipende dall'energia, o lunghezza d'onda, dei fotoni che colpiscono la retina, situata nella parte posteriore dei nostri bulbi oculari. Esistono due tipi di fotorecettori, bastoncelli e coni. I coni sono responsabili del colore, mentre i bastoncelli ci permettono di vedere sfumature di grigio in condizioni di scarsa illuminazione, come di notte. Le opsine, o molecole di pigmento, nelle cellule della retina assorbono l'energia elettromagnetica dei fotoni incidenti, generando un impulso elettrico. Questo segnale viaggia attraverso il nervo ottico fino al cervello, dove nasce la percezione cosciente dei colori e delle immagini.

Abbiamo tre tipi di coni e corrispondenti opsine, ciascuno dei quali è sensibile ai fotoni di una certa lunghezza d'onda. Questi coni sono etichettati S, M e L (rispettivamente lunghezze d'onda corte, medie e lunghe). Percepiamo le onde corte come blu, le onde lunghe come rosse. Le lunghezze d'onda tra loro e le loro combinazioni si trasformano in un arcobaleno completo. "Tutta la luce che vediamo, a parte quella creata artificialmente con prismi o dispositivi intelligenti come i laser, è una miscela di diverse lunghezze d'onda", afferma Landy.

Di tutte le possibili lunghezze d'onda di un fotone, i nostri coni rilevano una piccola banda compresa tra 380 e 720 nanometri, ciò che chiamiamo spettro visibile. Al di fuori del nostro spettro di percezione si trovano gli infrarossi e lo spettro radio, quest'ultimo con una lunghezza d'onda che va da un millimetro a un chilometro.

Sopra il nostro spettro visibile, a energie più elevate e lunghezze d’onda più corte, troviamo lo spettro ultravioletto, poi i raggi X e, in alto, lo spettro dei raggi gamma, con lunghezze d’onda fino a un trilione di metri.

Sebbene la maggior parte di noi sia limitata allo spettro visibile, le persone affette da afachia (mancanza del cristallino) possono vedere nello spettro ultravioletto. L'afachia viene solitamente creata a seguito della rimozione chirurgica della cataratta o di difetti congeniti. Normalmente, la lente blocca la luce ultravioletta, quindi senza di essa le persone possono vedere oltre lo spettro visibile e percepire lunghezze d'onda fino a 300 nanometri in una tinta bluastra.

Uno studio del 2014 ha dimostrato che, relativamente parlando, tutti possiamo vedere i fotoni infrarossi. Se due fotoni infrarossi colpiscono accidentalmente una cellula della retina quasi simultaneamente, la loro energia si combina, convertendo la loro lunghezza d'onda da invisibile (ad esempio 1000 nanometri) a visibile 500 nanometri (verde freddo per la maggior parte degli occhi).

Un occhio umano sano ha tre tipi di coni, ognuno dei quali può distinguere circa 100 diverse sfumature di colore, quindi la maggior parte dei ricercatori concorda sul fatto che i nostri occhi in generale possono distinguere circa un milione di sfumature. Tuttavia, la percezione del colore è una capacità piuttosto soggettiva che varia da persona a persona, quindi è abbastanza difficile determinare i numeri esatti.

"È piuttosto difficile quantificarlo in numeri", afferma Kimberly Jamison, ricercatrice presso l'Università della California, Irvine. "Ciò che una persona vede potrebbe essere solo una frazione dei colori che vede un'altra persona."

Jamison sa di cosa sta parlando perché lavora con i "tetracromati" - persone con una visione "sovrumana". Questi rari individui, per lo più donne, hanno una mutazione genetica che conferisce loro un quarto cono extra. In parole povere, grazie alla quarta serie di coni, i tetracromatici possono vedere 100 milioni di colori. (Le persone daltoniche, dicromate, hanno solo due tipi di coni e vedono circa 10.000 colori.)

Qual è il numero minimo di fotoni che dobbiamo vedere?

Affinché la visione dei colori funzioni, i coni generalmente necessitano di molta più luce rispetto ai bastoncelli. Pertanto, in condizioni di scarsa illuminazione, il colore "svanisce" mentre le aste monocromatiche vengono alla ribalta.

In condizioni ideali di laboratorio, e nelle aree della retina dove i bastoncelli sono in gran parte assenti, i coni possono essere attivati ​​solo da una manciata di fotoni. Tuttavia, i bastoncini funzionano meglio in condizioni di luce diffusa. Come hanno dimostrato gli esperimenti degli anni Quaranta, basta un quanto di luce per attirare la nostra attenzione. "Le persone possono rispondere a un singolo fotone", afferma Brian Wandell, professore di psicologia e ingegneria elettrica a Stanford. "Non ha senso essere ancora più sensibili."

Nel 1941, i ricercatori della Columbia University misero le persone in una stanza buia e lasciarono che i loro occhi si adattassero. Ci sono voluti alcuni minuti perché gli stick raggiungessero la massima sensibilità, motivo per cui abbiamo difficoltà a vedere quando le luci si spengono improvvisamente.

Gli scienziati hanno quindi acceso una luce blu-verde davanti ai volti dei soggetti. Ad un livello superiore alle possibilità statistiche, i partecipanti sono stati in grado di rilevare la luce quando i primi 54 fotoni hanno raggiunto i loro occhi.

Dopo aver compensato la perdita di fotoni attraverso l'assorbimento da parte di altri componenti dell'occhio, gli scienziati hanno scoperto che solo cinque fotoni attivavano cinque bastoncelli separati che davano ai partecipanti un senso di luce.

Qual è il limite del più piccolo e del più lontano che possiamo vedere?

Questo fatto potrebbe sorprenderti: non esiste un limite intrinseco alla cosa più piccola o più distante che possiamo vedere. Finché oggetti di qualsiasi dimensione, a qualsiasi distanza, trasmettono fotoni alle cellule della retina, possiamo vederli.

"Tutto ciò che interessa all'occhio è la quantità di luce che colpisce l'occhio", afferma Landy. - Il numero totale di fotoni. Puoi rendere una sorgente luminosa ridicolmente piccola e distante, ma se emette fotoni potenti, la vedrai”.

Ad esempio, la saggezza convenzionale dice che in una notte buia e limpida possiamo vedere la fiamma di una candela da una distanza di 48 chilometri. In pratica, ovviamente, i nostri occhi si bagneranno semplicemente di fotoni, quindi i quanti di luce che vagano da grandi distanze semplicemente si perderanno in questo caos. "Quando aumenti l'intensità dello sfondo, la quantità di luce necessaria per vedere qualcosa aumenta", afferma Landy.

Il cielo notturno, con uno sfondo scuro tempestato di stelle, è un esempio lampante della portata della nostra visione. Le stelle sono enormi; molti di quelli che vediamo nel cielo notturno hanno un diametro di milioni di chilometri. Ma anche le stelle più vicine distano da noi almeno 24mila miliardi di chilometri, e quindi sono così piccole per i nostri occhi che non riusciamo a distinguerle. Eppure li vediamo come potenti punti di luce che irradiano mentre i fotoni attraversano le distanze cosmiche e colpiscono i nostri occhi.

Tutte le singole stelle che vediamo nel cielo notturno si trovano nella nostra galassia: la Via Lattea. L'oggetto più lontano che possiamo vedere ad occhio nudo si trova al di fuori della nostra galassia: la galassia di Andromeda, situata a 2,5 milioni di anni luce di distanza. (Anche se questo è discutibile, alcuni individui affermano di essere in grado di vedere la galassia del Triangolo in un cielo notturno estremamente buio, e che è a tre milioni di anni luce di distanza, basta credergli sulla parola).

I trilioni di stelle nella galassia di Andromeda, data la sua distanza, si confondono in una zona di cielo fiocamente luminosa. Eppure le sue dimensioni sono colossali. In termini di dimensioni apparenti, pur trovandosi a quintilioni di chilometri, questa galassia è sei volte più larga della luna piena. Tuttavia, ai nostri occhi arrivano così pochi fotoni che questo mostro celeste è quasi invisibile.

Quanto può essere nitida la vista?

Perché non possiamo vedere le singole stelle nella galassia di Andromeda? I limiti della nostra risoluzione visiva, o acuità visiva, impongono le proprie limitazioni. L'acuità visiva è la capacità di distinguere dettagli come punti o linee separatamente gli uni dagli altri in modo che non si fondano insieme. Possiamo quindi pensare ai limiti della visione come al numero di “punti” che possiamo distinguere.

I limiti dell'acuità visiva sono stabiliti da diversi fattori, come la distanza tra coni e bastoncelli racchiusi nella retina. Importante è anche l'ottica del bulbo oculare stesso, che, come abbiamo già detto, impedisce la penetrazione di tutti i fotoni possibili nelle cellule sensibili alla luce.

In teoria, gli studi hanno dimostrato che il meglio che possiamo vedere è di circa 120 pixel per grado di arco, un'unità di misura angolare. Puoi pensarla come una scacchiera in bianco e nero 60x60 che si adatta all'unghia di una mano tesa. "È lo schema più chiaro che puoi vedere", dice Landy.

Un esame della vista, come una tabella con lettere minuscole, è guidato dagli stessi principi. Questi stessi limiti di nitidezza spiegano perché non possiamo distinguere e mettere a fuoco una singola cellula biologica debole, larga pochi micrometri.

Ma non cancellarti. Un milione di colori, singoli fotoni, mondi galattici distanti quintilioni di chilometri: non male per una bolla di gelatina nelle nostre orbite, collegata a una spugna da 1,4 chilogrammi nel nostro cranio.