ИЗЛУЧЕНИЕ ГЛАЗ ЗНАЧИТЕЛЬНО НИЗКОЕ ЧТО ПРИВОДИТ К УХУДШЕНИЮ ЗРЕНИЯ В ТЕМНОТЕ ЭТОТ ФАКТ ИМЕЕТ МЕСТО БЫТЬ КРОМЕ ТОГО НЕ МОГЛИ БЫ ВЫ ДАТЬ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРАВИЛЬНОМУ ФОРМАТИРОВАНИЮ ПРЕДЛОЖЕНИЙ СОСТОЯЩИХ ИЗ ДВУХ УТВЕРЖДЕНИЙ

Оптическая иллюзия: соломинка кажется сломанной

Психологическая иллюзия «уткозаяц»

«Иллюзия решётки». В местах пересечения линий видны появляющиеся и исчезающие чёрные точки

Зрение человека (зрительное восприятие) — способность человека воспринимать информацию путём преобразования электромагнитного излучения светового диапазона, осуществляемая зрительной системой.

Обработка светового сигнала начинается на сетчатке глаза, затем происходит возбуждение фоторецепторов, передача и преобразование зрительной информации в нейронных слоях с формированием в затылочной доле коры больших полушарий зрительного образа.

Чтобы ответить верно на эти пять вопросов, надо внимательно прочитать вопрос и вникнуть в его суть. Давайте разберем эти утверждения:
1. Наушники вставляют в уши или накладывают на уши, поэтому использовать их вредно для слуха.
Ответ: Наушники действительно вставляют в уши и накладывают на уши, но это не это является вредом для слуха. Значит здесь утверждение НЕ полностью верно. 
2. Воздух прозрачен для солнечных лучей, поэтому он ими почти не нагревается.
Ответ: Воздух прозрачен для солнечных лучей и действительно не нагревается. Утверждение полностью верно. 
3. Излучение, которое исходит из глаз, очень слабое, поэтому люди плохо видят в темноте.
Ответ: От глаз человека не может идти излучение, но он не видит в темноте. Утверждение НЕ полностью верно. 
4. Лето длится три месяца, с 1 июня по 31 августа, поэтому в году 365 дней.
Ответ: Лето начинается с 1 июня до 31 августа, но это в году 365 дней не по этой причине. Утверждение НЕ полностью верно. 
5. Воздух согревается, пока проходит через нос, поэтому на морозе надо дышать носом.
Ответ: Когда человек зимой дышит через нос, воздух успевает согреться. Утверждение полностью верно.

изменил статус на опубликованный 04.04.2022

Обработка зрительной информации

Феномен зрительных ощущений, не сопровождающихся обработкой зрительной информации, называется феноменом псевдослепоты.

Зрительный аппарат — глаза и проводящие пути — настолько тесно интегрирован с мозгом, что трудно сказать, где начинается та или иная часть процесса переработки зрительной информации.

В зависимости от ситуации, человек способен воспринимать предметы, частично скрытые от глаза, например, частой решёткой.

Даже «неионизирующее» излучение способно вызвать термическую ионизацию, если оно выделяет достаточно тепла для повышения температуры до энергий ионизации. Эти реакции происходят при гораздо более высоких энергиях, чем с ионизирующим излучением, которое требует только отдельных частиц, чтобы вызвать ионизацию. Знакомый пример термической ионизации — ионизация пламенем обычного огня и реакции потемнения в обычных продуктах питания, вызванные инфракрасным излучением, во время прожарки пищи.

Неионизирующая часть электромагнитного излучения состоит из электромагнитных волн, которые (как отдельные кванты или частицы, см. Фотон) недостаточно энергичны, чтобы отделить электроны от атомов или молекул и, следовательно, вызвать их ионизацию. К ним относятся радиоволны, микроволны, инфракрасный и (иногда) видимый свет. Более низкие частоты ультрафиолетового света могут вызвать химические изменения и молекулярное повреждение, подобное ионизации, но технически не ионизируют. Самые высокие частоты ультрафиолетового света, а также всех рентгеновских и гамма-лучей являются ионизирующими.

Возникновение ионизации зависит от энергии отдельных частиц или волн, а не от их количества. Интенсивный поток частиц или волн не вызовет ионизации, если эти частицы или волны не несут достаточно энергии для ионизации, если они не поднимают температуру тела до точки, достаточно высокой, чтобы ионизировать небольшую часть атомов или молекул в процессе термоионизация (однако это требует относительно экстремальных интенсивностей излучения).

Как отмечено выше, нижняя часть спектра ультрафиолета, называемая мягким УФ, от 3 эВ до примерно 10 эВ, является неионизирующей. Однако влияние неионизирующего ультрафиолета на химию и ущерб, наносимый биологическим системам (включая окисление, мутации и рак), таковы, что даже эту часть ультрафиолета часто сравнивают с ионизирующим излучением.

В электромагнитном излучении (таком как микроволны от антенны, показанном здесь) термин «излучение» применяется только к частям электромагнитного поля, которые излучают в бесконечное пространство и уменьшают интенсивность по закону обратных квадратов, так что общее излучение энергии, которая проходит через воображаемую сферическую поверхность, одинакова, независимо от того, как далеко от антенны отводится сферическая поверхность. Электромагнитное излучение включает в себя часть дальнего поля электромагнитного поля вокруг передатчика. Часть «ближнего поля», близкая к передатчику, является частью изменяющегося электромагнитного поля, но не считается электромагнитным излучением.

Радиоволны представляют собой тип электромагнитного излучения с длинами волн в электромагнитном спектре длиннее, чем инфракрасный свет. Как и все другие электромагнитные волны, они движутся со скоростью света. Встречающиеся в природе радиоволны создаются молнией или некоторыми астрономическими объектами. Искусственно созданные радиоволны используются для фиксированной и мобильной радиосвязи, радиовещания, радиолокации и других навигационных систем, спутниковой связи, компьютерных сетей и множества других приложений. Кроме того, почти любой провод, несущий переменный ток, будет излучать часть энергии в виде радиоволн; это в основном называется интерференцией. Разные частоты радиоволн имеют разные характеристики распространения в атмосфере Земли; длинные волны могут изгибаться со скоростью искривления Земли и могут очень равномерно покрывать часть Земли, более короткие волны распространяются по всему миру путем многократных отражений от ионосферы и поверхности Земли. Гораздо более короткие длины волн изгибаются или отражаются очень мало и движутся вдоль линии обзора.

Очень низкая частота

Очень низкая частота относится к частотному диапазону от 30 Гц до 3 кГц, что соответствует длинам волн от 100 000 до 10 000 метров соответственно. Поскольку в этом диапазоне радиочастотного спектра пропускная способность невелика, то могут передаваться только самые простые сигналы, например, для радионавигации. Также известный как полоса мириаметра или волна мириаметра, поскольку длины волн варьируются от десяти до одного мириаметра (устаревшая метрическая единица, равная 10 километрам).

Чрезвычайно низкая частота

Тепловое излучение является общим синонимом инфракрасного излучения, испускаемого объектами при температурах, часто встречающихся на Земле. Тепловое излучение относится не только к самому излучению, но и к процессу, с помощью которого поверхность объекта излучает свою тепловую энергию в форме излучения чёрного тела. Инфракрасное или красное излучение от обычного бытового радиатора или электрического нагревателя является примером теплового излучения, как и тепло, излучаемое работающей лампой накаливания. Тепловое излучение генерируется, когда энергия от движения заряженных частиц внутри атомов преобразуется в электромагнитное излучение.

Как отмечалось выше, даже низкочастотное тепловое излучение может вызывать температурную ионизацию всякий раз, когда оно отдает достаточное количество тепловой энергии, чтобы повысить температуру до достаточно высокого уровня. Типичными примерами этого являются ионизация (плазма), наблюдаемая в обычном пламени.

Излучение абсолютно чёрного тела

Излучение абсолютно черного тела — это идеализированный спектр излучения, излучаемого телом, имеющим одинаковую температуру. Форма спектра и общее количество энергии, излучаемой телом, является функцией абсолютной температуры этого тела. Излучаемое излучение охватывает весь электромагнитный спектр, а интенсивность излучения (мощность/единица площади) на данной частоте описывается законом излучения Планка. Для данной температуры чёрного тела существует определённая частота, на которой излучаемое излучение имеет максимальную интенсивность. Эта максимальная частота излучения сдвигается к более высоким частотам, когда температура тела увеличивается. Частота, на которой излучение чёрного тела является максимальным, определяется законом смещения Вина и является функцией абсолютной температуры тела. Чёрное тело — это то, которое излучает при любой температуре максимально возможное количество излучения на любой данной длине волны. Чёрное тело также будет поглощать максимально возможное падающее излучение на любой заданной длине волны. Таким образом, чёрное тело с температурой, равной или ниже комнатной, будет казаться абсолютно чёрным, поскольку оно не будет отражать падающий свет и не будет излучать достаточно излучения на видимых длинах волн, чтобы наши глаза могли его обнаружить. Теоретически, чёрное тело испускает электромагнитное излучение по всему спектру от очень низких частот радиоволн до рентгеновских лучей, создавая континуум излучения.

Цвет излучающего чёрного тела говорит о температуре его излучающей поверхности. Он отвечает за цвет звезд, которые варьируются от инфракрасного до красного (2500 К), жёлтого (5800 К), белого и сине-белого (15 000 К), когда пиковое излучение проходит через эти точки в видимом спектре, Когда пик находится ниже видимого спектра, тело является чёрным, в то время как когда оно находится выше видимого спектра, то видится как сине-белое, так как все видимые цвета представлены от синего, уменьшающегося до красного.

Способы коррекции недостатков зрения

Стремление улучшить зрение связано с попыткой преодолеть как дефекты зрения, так и его естественные ограничения.

В зависимости от характера и причин нарушения зрения для коррекции дефектов зрительного восприятия используют различные технические приспособления, специальные упражнения, а также несколько видов оперативного вмешательства (микрохирургия, имплантация хрусталика, лазерная коррекция зрения и др.).

Основная статья: Очки

Коррекция недостатков зрения обычно осуществляется с помощью очков.

Для расширения возможностей зрительного восприятия используют также специальные приборы и методы, например, микроскопы и телескопы.

Привести оптические свойства глаза в норму возможно изменением кривизны роговицы. Для этого в определённых местах роговица испаряется лазерным лучом, что приводит к изменению её формы. Основные способы лазерной коррекции зрения — ФРК и LASIK.

Существует два источника частиц высокой энергии, попадающих в атмосферу Земли из космоса: Солнце и дальний космос. Солнце непрерывно испускает частицы, в первую очередь свободные протоны в солнечном ветре и иногда значительно увеличивает поток с выбросами корональной массы.

Частицы из дальнего космоса (меж- и внегалактические) встречаются гораздо реже, но имеют гораздо более высокие энергии. Эти частицы также в основном протоны, причем большая часть остатка состоит из гелионов (альфа-частиц). Несколько полностью ионизованных ядер более тяжелых элементов также присутствуют. Происхождение этих галактических космических лучей ещё недостаточно изучено, но они, кажется, являются остатками сверхновых и особенно гамма-всплесков, которые имеют магнитные поля, способные к огромным ускорениям, измеренным по наличию этих частиц. Они также могут генерироваться квазарами, которые представляют собой явление реактивной струи но в масштабе всей галактики, похожее на гамма-всплески явление, но известное своим гораздо большими размерами, и которые, по-видимому, являются интенсивной частью ранней истории Вселенной.

Физиология зрения человека

В глазу человека содержатся два типа светочувствительных клеток (фоторецепторов): высокочувствительные палочки и менее чувствительные колбочки. Палочки функционируют в условиях относительно низкой освещённости и отвечают за действие механизма ночного зрения, однако при этом они обеспечивают только нейтральное в цветовом отношении восприятие действительности, ограниченное участием белого, серого и чёрного цветов. Колбочки работают при более высоких уровнях освещённости, чем палочки. Они ответственны за механизм дневного зрения, отличительной особенностью которого является способность обеспечения цветового зрения.

У приматов (в том числе и человека) мутация вызвала появление дополнительного, третьего типа колбочек — цветовых рецепторов. Это было вызвано расширением экологической ниши млекопитающих, переходом части видов к дневному образу жизни, в том числе на деревьях. Мутация была вызвана появлением изменённой копии гена, отвечающего за восприятие средней, зелёночувствительной области спектра. Она обеспечила лучшее распознавание объектов «дневного мира» — плодов, цветов, листьев и скрывающихся среди них хищников.

Видимый солнечный спектр

Нормализованные графики светочувствительности колбочек человеческого глаза S, M, L. Пунктиром показана сумеречная, «чёрно-белая» восприимчивость палочек

Равномерное раздражение всех трёх элементов, соответствующее средневзвешенному дневному свету, также вызывает ощущение белого цвета (см. Психология восприятия цвета).

Свет с разной длиной волны по-разному стимулирует разные типы колбочек. Например, жёлто-зелёный свет в равной степени стимулирует колбочки L- и M-типов, но слабее стимулирует колбочки S-типа. Красный свет стимулирует колбочки L-типа намного сильнее, чем колбочки M-типа, а S-типа не стимулирует почти совсем; зелёно-голубой свет стимулирует рецепторы M-типа сильнее, чем L-типа, а рецепторы S-типа — ещё немного сильнее; свет с этой длиной волны наиболее сильно стимулирует также палочки. Фиолетовый свет стимулирует почти исключительно колбочки S-типа. Мозг воспринимает комбинированную информацию от разных рецепторов, что обеспечивает различное восприятие света с разной длиной волны.

Другие опсины человека кодируют гены OPN1MW, OPN1MW2 и OPN1SW, первые два из них кодируют белки, чувствительные к свету со средними длинами волны, а третий отвечает за опсин, чувствительный к коротковолновой части спектра.

Трёхсоставную теорию цветового зрения впервые высказал в 1756 году М. В. Ломоносов, когда он писал «о трёх материях дна ока». Сто лет спустя её развил немецкий учёный Г. Гельмгольц, который не упоминает известной работы Ломоносова «О происхождении света», хотя она была опубликована и кратко изложена на немецком языке.

Параллельно существовала оппонентная теория цвета Эвальда Геринга. Её развили Дэвид Хьюбел и Торстен Визел. Они получили Нобелевскую премию 1981 года за своё открытие.

Они предположили, что в мозг поступает информация вовсе не о красном (R), зелёном (G) и синем (B) цветах (теория цвета Юнга—Гельмгольца). Мозг получает информацию о разнице яркости — о разнице яркости белого (Yмах) и чёрного (Yмин), о разнице зелёного и красного цветов (G — R), о разнице синего и жёлтого цветов (B — yellow), а жёлтый цвет (yellow = R + G) есть сумма красного и зелёного цветов, где R, G и B — яркости цветовых составляющих — красного, R, зелёного, G, и синего, B.

Имеем систему уравнений:

где , Kgr, Kbrg — функции коэффициентов баланса белого для любого освещения. Практически это выражается в том, что люди воспринимают цвет предметов одинаково при разных источниках освещения (цветовая адаптация). Оппонентная теория в целом лучше объясняет тот факт, что люди воспринимают цвет предметов одинаково при чрезвычайно разных источниках освещения, в том числе при различном цвете источников света в одной сцене.

Эти две теории не вполне согласованы друг с другом. Но несмотря на это, до сих пор предполагают, что на уровне сетчатки действует трёхстимульная теория, однако информация обрабатывается и в мозг поступают данные, уже согласующиеся с оппонентной теорией.

Бинокулярное и стереоскопическое зрение

Зрительный анализатор человека в нормальных условиях обеспечивает бинокулярное зрение, то есть зрение двумя глазами с единым зрительным восприятием. Основным рефлекторным механизмом бинокулярного зрения является рефлекс слияния изображения — фузионный рефлекс (фузия), возникающий при одновременном раздражении функционально неодинаковых нервных элементов сетчатки обоих глаз. Вследствие этого возникает физиологическое двоение предметов, находящихся ближе или дальше фиксируемой точки (бинокулярная фокусировка). Физиологичное двоение (фокус) помогает оценивать удалённость предмета от глаз и создаёт ощущение рельефности, или стереоскопичности, зрения.

При зрении одним глазом (монокулярное зрение) — посредством монокля, телескопа, микроскопа и т. п. — стереоскопичность зрения невозможна и восприятие глубины (рельефной удалённости) осуществляется главным образом благодаря вторичным вспомогательным признакам удалённости (видимая величина предмета, линейная и воздушная перспективы, загораживание одних предметов другими, аккомодация глаза и т. д. и т. п.).

Глаза человека функционально несколько различаются, поэтому выделяют ведущий и ведомый глаз. Определение ведущего глаза важно для охотников, видеооператоров и лиц других профессий. Если посмотреть через отверстие в непрозрачном экране (дырочка в листе бумаги на расстоянии 20—30 см) на отдалённый предмет, а затем, не смещая голову, поочередно закрывать правый и левый глаз, то для ведущего глаза изображение не сместится.

Исследователи используют радиоактивные атомы, чтобы определить возраст материалов, которые когда-то были частью живого организма. Возраст таких материалов можно оценить, измерив количество радиоактивного углерода, которое они содержат, в процессе, называемом радиоуглеродным датированием. Точно так же, используя другие радиоактивные элементы, можно определить возраст горных пород и других геологических особенностей (даже некоторых искусственных объектов); это называется радиометрическим датированием. Ученые-экологи используют радиоактивные атомы, известные как индикаторные атомы, для определения путей, по которым загрязняющие вещества проходят через окружающую среду.

Излучение используется для определения состава материалов в процессе, называемом нейтронно-активационным анализом. В этом процессе ученые бомбардируют образец вещества нейтронами. Некоторые атомы в образце поглощают нейтроны и становятся радиоактивными. Ученые могут идентифицировать элементы в образце, изучая испускаемое излучение.

Некоторые виды ионизирующего излучения могут быть обнаружены в камере Вильсона.

Излучение с достаточно высокой энергией может ионизировать атомы; то есть оно может выбивать электроны из атомов, создавая ионы. Ионизация происходит, когда электрон вырывается (или «выбивается») из электронной оболочки атома, таким образом что оставляет атом с чистым положительным зарядом. Поскольку живые клетки и, что более важно, ДНК в этих клетках могут быть повреждены этой ионизацией, считается, что воздействие ионизирующего излучения увеличивает риск развития рака. Таким образом, «ионизирующее излучение» несколько искусственно отделено от излучения частиц и электромагнитного излучения просто из-за его огромного потенциала для биологического повреждения. В то время как отдельная клетка состоит из триллионов атомов, только небольшая их часть будет ионизирована при низкой или средней мощности излучения. Вероятность того, что ионизирующее излучение вызовет рак, зависит от поглощенной дозы облучения и зависит от тенденции к повреждению от типа излучения и чувствительности облученного организма или ткани (эффективная доза).

Если источником ионизирующего излучения является радиоактивный материал или ядерный процесс, такой как деление или синтез ядер, то необходимо рассмотреть вопрос об излучении частиц. Излучение частиц представляет собой излучение субатомной частицы, ускоренной ядерными реакциями до релятивистских скоростей. Из-за их импульсов они вполне способны выбивать электроны и ионизировать материалы, но, поскольку большинство из них имеют электрический заряд, они не обладают проникающей способностью ионизирующего излучения. Исключение составляют нейтральные частицы; смотри ниже. Существует несколько видов этих частиц, но большинство из них — это альфа-частицы, бета-частицы, нейтроны и протоны. Грубо говоря, фотоны и частицы с энергией выше примерно 10 электрон-вольт (эВ) — ионизирущие (некоторые авторитеты используют энергию 33 эВ, соответствующую энергии ионизации для воды). Излучение частиц от радиоактивного материала или космических лучей почти всегда несет достаточно энергии для ионизации.

Большая часть ионизирующего излучения исходит от радиоактивных материалов и космоса (космических лучей) и, как таковая, естественным образом присутствует в окружающей среде, поскольку большинство камней и почвы содержат небольшие концентрации радиоактивных материалов. Поскольку это излучение невидимо и не может быть непосредственно обнаружено человеческими чувствами, такие приборы, как счетчики Гейгера, обычно требуются для обнаружения его присутствия. В некоторых случаях это может привести к вторичной эмиссии видимого света при его взаимодействии с веществом, как в случае черенковского излучения и радиолюминесценции.

График, показывающий взаимосвязь между радиоактивностью и обнаруженным ионизирующим излучением

Ультрафиолет с длиной волны от 10 нм до 125 нм ионизирует молекулы воздуха, в результате чего он сильно поглощается воздухом и озоном (O3) в частности. Поэтому ионизирующее ультрафиолетовое излучение не проникает в атмосферу Земли в значительной степени и иногда называется вакуумным ультрафиолетом. Хотя эта часть УФ-спектра и присутствует в космосе, она не имеет биологического значения, поскольку не достигает живых организмов на Земле.

Существует слой атмосферы, в которой озон поглощает около 98 % неионизирующих, но опасных ультрафиолетовых лучей. Этот так называемый озоновый слой начинается примерно на высоте 32 км от поверхности и простирается в высоту. Часть ультрафиолетового спектра, который достигает земли (часть, которая обладает энергией выше 3,1 эВ, что соответствует длины волны менее 400 нм) не ионизирует, но все ещё биологически опасен из-за способности отдельных фотонов этой энергии вызывать электронное возбуждение в биологических молекулах и, таким образом, повреждать их посредством нежелательных реакций. Примером является образование димеров пиримидина в ДНК, которое начинается на длинах волн меньше 365 нм (3,4 эВ), что значительно ниже энергии ионизации. Это свойство дает ультрафиолетовому спектру некоторые характеристики ионизирующего излучения в биологических системах без реальной ионизации. Напротив, видимый свет и длинноволновое электромагнитное излучение, такое как инфракрасное излучение, микроволны и радиоволны, состоят из фотонов со слишком малой энергией, чтобы вызвать повреждающее молекулярное возбуждение, и, таким образом, это излучение намного менее опасно на единицу энергии.

Рентгеновские лучи представляют собой электромагнитные волны с длиной волны менее примерно 10−9 м (более 3 × 10 17 Гц и 1240 эВ). Меньшая длина волны соответствует более высокой энергии в соответствии с уравнением E = hc/λ. («E» — энергия; «h» — постоянная Планка; «c» — скорость света; «λ» — длина волны.) Когда рентгеновский фотон сталкивается с атомом, атом может поглощать энергию фотона и поднять электрон на более высокий уровень или, если фотон очень энергичен, он может полностью выбить электрон из атома, вызывая ионизацию атома. Как правило, более крупные атомы с большей вероятностью поглощают рентгеновский фотон, поскольку они имеют большие различия в энергии между электронами на разных уровнях. Мягкие ткани в организме человека состоят из атомов меньшего размера, чем атом кальция, из которых состоит кость, следовательно, существует контраст в поглощении рентгеновских лучей. Рентгеновские аппараты специально разработаны для использования разницы в абсорбции кости и мягких тканей, что позволяет врачам исследовать структуру человеческого тела.

Рентгеновские лучи также полностью поглощаются толщиной земной атмосферы, что приводит к предотвращению попадания солнечного излучения в рентгеновских лучах, меньшего по количеству, чем ультрафиолетовое излучение, но тем не менее мощного, к поверхности.

Гамма-излучение обнаруженое в камере Вильсона с изопропанолом.

Гамма-лучи могут быть остановлены достаточно толстым или плотным слоем материала, где тормозная способность материала в данной области частот зависит в основном (но не полностью) от общей массы на пути излучения, независимо от того, обладает ли материал высокой или низкой плотностью. Однако, как и в случае с рентгеновскими лучами, материалы с высоким атомным номером, такие как свинец или обедненный уран, добавляют умеренное (обычно от 20 до 30 %) количество тормозной способности по сравнению с равной массой менее плотных материалов с более низким атомным весом (такие как вода или бетон). Атмосфера поглощает все гамма-лучи, приближающиеся к Земле из космоса. Даже воздух способен поглощать гамма-лучи, вдвое уменьшая энергию таких волн, проходя в среднем 150 м.

Альфа-частица обнаруженная в камере Вильсона с изопропанолом.

Альфа-частицы — это ядра гелий-4 (два протона и два нейтрона). Они сильно взаимодействуют с веществом благодаря своим зарядам и общей массе, и с их обычными скоростями проникают лишь на несколько сантиметров воздуха или несколько миллиметров материала низкой плотности (например, тонкую слюдяную пластину, специально помещают в некоторые трубки Гейгера, чтобы не задерживать их и позволить детектировать). Это означает, что альфа-частицы от обычного альфа-распада не проникают во внешние слои мертвых клеток кожи и не вызывают повреждения живых тканей глубже. Некоторые альфа-частицы очень высокой энергии составляют около 10 % космических лучей, и они способны проникать в тело и даже в тонкие металлические пластины. Однако они представляют опасность только для космонавтов, поскольку они отклоняются магнитным полем Земли и затем останавливаются её атмосферой.

Альфа-излучение опасно, когда альфа-излучающие радиоизотопы попадают в организм, вдыхаются или проглатываются. Это приближает радиоизотоп достаточно близко к чувствительной живой ткани, чтобы альфа-излучение могло повредить клетки. На единицу энергии альфа-частицы как минимум в 20 раз более эффективны при повреждении клеток, чем гамма- и рентгеновские лучи. Смотрите относительную биологическую эффективность для обсуждения этого эффекта. Примерами очень ядовитых альфа-излучателей являются все изотопы радия, радона и полония, из-за количества распадов, которые происходят в этих материалах с коротким периодом полураспада.

Электроны (бета-излучение), обнаруженные в камере Вильсона с изопропанолом.

Бета-минус (β -) излучение состоит из энергичного электрона. Это более проникающее, чем альфа-излучение, но менее, чем гамма. Бета-излучение от радиоактивного распада может быть остановлено с помощью нескольких сантиметров пластика или нескольких миллиметров металла. Оно возникает, когда нейтрон распадается на протон в ядре, высвобождая бета-частицу и антинейтрино. Бета-излучение от линейного ускорителя гораздо более энергетичное и проникающее, чем естественное бета-излучение. Иногда оно используется терапевтически, а именно в лучевой терапии для лечения поверхностных опухолей.

Бета-плюс (β +) излучение — это излучение позитронов, которые являются античастицей для электрона. Когда позитрон замедляется до скоростей, аналогичных скоростям электронов в материале, позитрон аннигилирует с электроном, высвобождая при этом процессе два гамма-фотона с энергией 511 кэВ. Эти два гамма-фотона будут путешествовать в (приблизительно) противоположных направлениях. Гамма-излучение от аннигиляции позитронов состоит из фотонов высокой энергии, и также является ионизирующим.

Нейтроны классифицируются в соответствии с их скоростью или энергией. Нейтронное излучение состоит из свободных нейтронов. Эти нейтроны могут испускаться во время самопроизвольного или индуцированного ядерного деления. Нейтроны — это редкие частицы излучения; они производятся в больших количествах только там, где активны реакции деления или синтеза цепной реакции; это происходит в течение примерно 10 микросекунд при термоядерном взрыве или постоянно внутри работающего ядерного реактора; производство нейтронов в реакторе практически сразу прекращается, когда масса ядерного топлива становится некритической.

Нейтроны — это единственный тип ионизирующего излучения, которое может сделать другие объекты или материалы радиоактивными. Этот процесс, называемый нейтронной активацией, и является основным методом, используемым для производства радиоактивных источников для медицинских, научных и промышленных целей. Даже сравнительно низкоэнергетические тепловые нейтроны вызывают активацию нейтронов (фактически, они вызывают её более эффективно чем быстрые). Нейтроны не ионизируют атомы так же, как заряженные частицы, такие как протоны и электроны (путем возбуждения электрона), потому что нейтроны не имеют заряда. Именно благодаря их поглощению ядрами, которые затем становятся нестабильными, они вызывают ионизацию. Следовательно, нейтроны считаются «косвенно ионизирующими». Даже нейтроны без значительной кинетической энергии косвенно ионизируют вещество и, таким образом, представляют значительную радиационную опасность. Не все материалы способны к нейтронной активации; например, в воде наиболее распространенные изотопы присутствующих атомов обоих типов (водород и кислород) захватывают нейтроны и становятся тяжелее, но остаются относительно стабильными формами этих атомов. Только поглощение более чем одного нейтрона — статистически редкое явление — может активировать атом водорода, в то время как кислород требует двух дополнительных поглощений. Таким образом, вода обладает очень слабой способностью к активации. Соли натрия (как в морской воде), с другой стороны, должны поглощать только один нейтрон, чтобы стать Na-24, который является очень интенсивным источником бета-распада, с периодом полураспада 15 часов.

Кроме того, высокоэнергетические (высокоскоростные) нейтроны обладают способностью непосредственно ионизировать атомы. Один механизм, посредством которого нейтроны высокой энергии ионизируют атомы, состоит в том, чтобы ударить ядро атома и выбить атом из молекулы, оставляя один или несколько электронов позади, разрушая химическую связь. Это приводит к образованию химических свободных радикалов. Кроме того, нейтроны очень высокой энергии могут вызывать ионизирующее излучение в результате «расщепления нейтронов» или выбивания, при котором нейтроны вызывают выброс протонов высоких энергий из атомных ядер (особенно ядер водорода) при ударе. Последний процесс передает большую часть энергии нейтрона протону, так же, как один бильярдный шар ударяется о другой. Заряженные протоны и другие продукты таких реакций вызывают прямую ионизацию.

Нейтроны высокой энергии обладают высокой проникающей способностью и могут путешествовать на большие расстояния в воздухе (сотни или даже тысячи метров) и умеренные расстояния (несколько метров) в обычных твердых телах. Как правило, они требуют экранирования веществом, обогащенного водородом, такого как бетон или вода, чтобы блокировать их пробег на расстояниях менее метра. Обычный источник нейтронного излучения находится внутри ядерного реактора, где в качестве эффективного экранирования используется слой воды толщиной в несколько метров.

Нарушения зрительного восприятия

Самый массовый недостаток — несоответствие оптической силы глаза и его длины, приводящее к ухудшению видимости близких или удалённых предметов.

Дальнозоркостью называется такая аномалия рефракции, при которой лучи света, попадающие в глаз, фокусируются не на сетчатке, а позади неё. В лёгких формах глаз с хорошим запасом аккомодации компенсирует зрительный недостаток с помощью увеличения кривизны хрусталика цилиарной мышцой.

При более сильной дальнозоркости (3 дптр и выше) зрение плохое не только вблизи, но и вдаль, причём глаз не способен скомпенсировать дефект самостоятельно. Дальнозоркость обычно бывает врождённой и не прогрессирует (обычно уменьшается к школьному возрасту).

При дальнозоркости назначают очки для чтения или постоянного ношения. Для очков подбираются собирающие линзы (перемещают фокус вперёд на сетчатку), при использовании которых зрение пациента становится наилучшим.

Несколько отличается от дальнозоркости пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Пресбиопия развивается вследствие утраты хрусталиком эластичности (что является нормальным результатом его развития). Этот процесс начинается ещё в школьном возрасте, но человек обычно замечает ослабление зрения вблизи после 40 лет. ( Хотя в 10 лет дети-эмметропы могут читать на расстоянии 7 см, в 20 лет — уже минимум 10 см, а в 30 — 14 см и так далее.) Старческая дальнозоркость развивается постепенно, и к 65—70 годам человек уже полностью теряет способность аккомодировать, развитие пресбиопии завершено.

В подростковом возрасте близорукость часто прогрессирует (глаза постоянно напрягаются для работы вблизи, из-за чего глаз компенсаторно растёт в длину). Прогрессия близорукости иногда принимает злокачественную форму, при которой зрение падает на 2—3 диоптрии в год, наблюдается растяжение склеры, происходят дистрофические изменения сетчатки. В тяжёлых случаях возникает опасность отслойки перерастянутой сетчатки при физической нагрузке или внезапном ударе. Остановка прогрессии близорукости обычно наступает к 25—30 годам, когда перестаёт расти организм. При стремительной прогрессии зрение к тому времени падает до −25 диоптрий и ниже, очень сильно калеча глаза и резко нарушая качество зрения вдаль и вблизи (все, что человек видит, — это мутные очертания без какого-либо детализированного зрения), причём такие отклонения очень тяжело поддаются полноценному исправлению оптикой: толстые очковые стёкла создают сильные искажения и уменьшают предметы визуально, отчего человек не видит достаточно хорошо даже в очках. В таких случаях лучшего эффекта можно добиться с помощью контактной коррекции.

Несмотря на то, что вопросу остановки прогрессирования близорукости посвящены сотни научно-медицинских работ, до сих пор нет доказательств эффективности ни одного метода лечения прогрессирующей близорукости, включая операции (склеропластика).

При близорукости часто прибегают к лазерной коррекции зрения (воздействие на роговицу с помощью лазерного луча с целью уменьшения её кривизны). Этот метод коррекции не до конца безопасный, но в большинстве случаев удаётся добиться значительного улучшения зрения после операции.

Дефекты близорукости и дальнозоркости могут быть преодолены с помощью очков, контактных линз или восстановительных курсов гимнастики.

Астигматизм — дефект оптики глаза, вызванный неправильной формой роговицы и (или) хрусталика. У всех людей формы роговицы и хрусталика отличаются от идеального тела вращения (то есть все люди имеют астигматизм той или иной степени). В тяжёлых случаях вытягивание по одной из осей может быть очень сильным, кроме того, роговица может иметь дефекты кривизны, вызванные другими причинами (ранениями, перенесёнными инфекционными заболеваниями и т. д.). При астигматизме лучи света преломляются с разной силой в разных меридианах, в результате чего изображение получается искривлённым и местами нечётким. В тяжёлых случаях искажения настолько сильны, что значительно снижают качество зрения.

Астигматизм легко диагностировать, рассматривая одним глазом лист бумаги с тёмными параллельными линиями — вращая такой лист, астигматик заметит, что тёмные линии то размываются, то становятся чётче. У большинства людей встречается врождённый астигматизм до 0,5 диоптрий, не приносящий дискомфорта.

Данный дефект компенсируется очками с цилиндрическими линзами, имеющими различную кривизну по горизонтали и вертикали и контактными линзами, (жёсткими или мягкими торическими), также, как и очковыми линзами, имеющими разную оптическую силу в разных меридианах.

Если в сетчатке глаза выпадает или ослаблено восприятие одного из трёх основных цветов, то человек не воспринимает какой-то цвет. Есть «цветнослепые» на красный, зелёный и сине-фиолетовый цвет. Редко встречается парная, или даже полная цветовая слепота. Чаще встречаются люди, которые не могут отличить красный цвет от зелёного. Такой недостаток зрения был назван дальтонизмом — по имени английского учёного Д. Дальтона, который сам страдал таким расстройством цветного зрения и впервые описал его.

Дальтонизм неизлечим, передаётся по наследству (сцеплен с Х-хромосомой). Иногда он возникает после некоторых глазных и нервных болезней.

Дальтоников не допускают к работам, связанным с вождением транспорта на дорогах общего пользования. Очень важно хорошее цветоощущение для моряков, лётчиков, химиков, геологов-минералогов, художников, поэтому для некоторых профессий цветовое зрение проверяют с помощью специальных таблиц.

Скотома (греч.  — темнота) — пятнообразный дефект в поле зрения глаза, вызванный заболеванием в сетчатке, болезнями зрительного нерва, глаукомой. Это участки (в пределах поля зрения), в которых зрение существенно ослаблено, или отсутствует. Иногда скотомой называют слепое пятно — область на сетчатке, соответствующая диску зрительного нерва (т. н. физиологическая скотома).

Абсолютная скотома (англ. ) — участок, в котором зрение отсутствует. Относительная скотома (англ. ) — участок, в котором зрение значительно снижено.

Предположить наличие скотомы можно самостоятельно, проведя исследование с помощью теста Амслера.

Нистагм — важный элемент зрения

Из-за большого числа этапов процесса зрительного восприятия его отдельные характеристики рассматриваются с точки зрения разных наук — оптики (в том числе биофизики), психологии, физиологии, химии (биохимии). На каждом этапе восприятия возникают искажения, ошибки, сбои, но мозг человека обрабатывает полученную информацию и вносит необходимые коррективы. Эти процессы носят неосознаваемый характер и реализуются в многоуровневой автономной корректировке искажений. Так устраняются сферическая и хроматическая аберрации, эффекты слепого пятна, проводится цветокоррекция, формируется стереоскопическое изображение и т. д. В тех случаях, когда подсознательная обработка информации недостаточна, или же избыточна, возникают оптические иллюзии.

Оптическая система глаза

Многокомпонентная оптическая система каждого глаза создаёт на сетчатке каждого глаза перевёрнутую на 180° проекцию видимого предмета. При этом проекции периферического зрения в правом и левом глазе не будут полностью дублироваться из-за различия полей зрения в левой и правой частях каждого глаза

Из-за разной оптической силы светопреломляющих сред глаза (слёзная жидкость, роговица, водянистая влага, хрусталик, стекловидное тело) луч света (красная линия на рисунке) проходит не прямолинейно, преломляясь и частично отражаясь на границе сред. P1-P4 — отражённые

Регулирование интенсивности света попадающего на сетчатку через зрачок происходит изменением его размера радужной оболочкой, являющейся оптической диафрагмой глаза. Дополнительная защита от сверхъяркого света происходит прищуриванием или закрытием век.

Преобразования проекций изображения

Спектр поглощения воды

В процессе эволюции светочувствительные рецепторы адаптировались к солнечному излучению, достигающему поверхности Земли и хорошо распространяющемуся в воде морей и океанов. Земная атмосфера имеет значительное окно прозрачности только в диапазоне длин волн 300—1500 нм. В ультрафиолетовой области прозрачность ограничена поглощением ультрафиолета озоновым слоем и водой, в инфракрасной области — поглощением воды. Поэтому на сравнительно узкую видимую область спектра приходится более 40 % энергии излучения Солнца у поверхности.

Таша Соколова. Правда ли, что у мужчин периферическое зрение развито хуже, чем у женщин? Проверено. Медиа (7 июля 2022). Дата обращения: 4 января 2023.

• Грегори Р. Разумный глаз. — М., 2003.
• Грегори Р. Л. Глаз и мозг. Психология зрительного восприятия. — М., 1970.
• Грегг Дж. Опыты со зрением. — М., 1970.

Электромагнитное излучение с длинами волн, отличными от видимого света, было обнаружено в начале 19 века. Открытие инфракрасного излучения приписывается астроному Вильяму Гершелю. Гершель доложил свои результаты в 1800 году перед Лондонским королевским обществом. Гершель, как и Риттер, использовал призму для преломления света от Солнца и обнаружил инфракрасное излучение (за пределами красной части спектра) через повышение температуры, зарегистрированное термометром.

В 1801 году немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер открыл ультрафиолетовое излучение, отметив, что лучи призмы затемняют препараты хлорида серебра быстрее, чем фиолетовый свет. Эксперименты Риттера были ранним предшественником того, что станет фотографией. Риттер отметил, что ультрафиолетовые лучи способны вызывать химические реакции.

Первые обнаруженные радиоволны были получены не от естественного источника, а были специально искусственно созданы немецким ученым Генрихом Герцем в 1887 году с использованием электрических цепей, рассчитанных для генерации колебаний в диапазоне радиочастот, в соответствии с уравнениями Джеймса Клерка Максвелла.

Вильгельм Рентген открыл излучение и назвал их X-лучи (рентген). Экспериментируя с высоким напряжением, приложенным к откачанной трубе 8 ноября 1895 года, он заметил флуоресценцию на соседней пластине из стекла с покрытием. В течение месяца он открыл основные свойства рентгеновских лучей.

В 1896 году Анри Беккерель обнаружил, что лучи, исходящие от некоторых минералов, проникали в чёрную бумагу и вызывали запотевание неэкспонированной фотопластинки. Его докторант Мария Кюри обнаружила, что только определённые химические элементы испускают эти лучи энергии. Она назвала это поведение радиоактивностью.

Альфа-лучи (альфа-частицы) и бета-лучи (бета-частицы) были разделены Эрнестом Резерфордом путем простых экспериментов в 1899 году. Резерфорд использовал общий радиоактивный источник смолы и определил, что лучи, создаваемые источником, имеют различное проникновение в материалы. У одного типа было короткая глубина проникновения (оно останавливалось бумагой) и имело положительный заряд, который Резерфорд назвал альфа-лучами. Другой был более проникающим (способен экспонировать пленку через бумагу, но не через металл) и имел отрицательный заряд, и этот тип Резерфорд назвал бета. Это было излучение, впервые обнаруженное Беккерелем из солей урана. В 1900 году французский ученый Пол Виллар обнаружил третий тип излучения радия с нейтральным зарядом и особенно проникающим, и после того, как он описал его, Резерфорд понял, что это должен быть ещё один тип излучения, который в 1903 году Резерфорд назвал гамма-лучами.

Сам Анри Беккерель доказал, что бета-лучи являются быстрыми электронами, а Резерфорд и Томас Ройдс в 1909 году доказали, что альфа-частицы являются ионизированным гелием. Резерфорд и Эдвард Андраде доказали в 1914 году, что гамма-лучи похожи на рентгеновские лучи, но с более короткими длинами волн.

Источники космических лучей, падающих на Землю из космоса, были окончательно признаны и доказали свое существование в 1912 году, когда ученый Виктор Гесс использовал свободный электрометр на различных высотах в полете на воздушном шаре. Природа этих излучений только постепенно стала понятна в последующие годы.

Нейтронное излучение было открыто вместе с нейтроном Чедвиком в 1932 году. Вскоре после этого в камере Вильсона при исследовании реакций космических лучей были обнаружены другие высокоэнергетические излучения частиц, такие как позитроны, мюоны и пионы, и были получены другие типы излучения частиц искусственно в ускорителях частиц, в течение второй половины двадцатого века.