Иллюзии зрения

зрительного восприятия. Это позволило для каждой группы иллюзий привести, возможно и неисчерпывающие, объяснения причин их появления.

Приведенные здесь иллюзии могут встретиться в практике работы архитекторов и художников, работников театра и кино, оформителей книг и светотехников, конструкторов и астрономов и работников других специальностей.

1. Краткие сведения об устройстве глаза и зрительных ощущениях

Глаз человека представляет собой почти шарообразное тело, которое покоится в костной черепной полости, открытой с одной стороны. На рис. 1 изображен разрез глазного яблока и показаны основные детали глаза.

Рис. 1. Схематический разрез глаза человека.

Основная часть глазного яблока с внешней стороны ограничена трехслойной оболочкой. Внешняя твердая оболочка называется склерой (по-гречески — твердость) или белковой оболочкой. Она охватывает со всех сторон внутреннее содержание глаза и непрозрачна на всем своем протяжении за исключением передней части. Здесь склера выдается вперед, совершенно прозрачна и носит название роговой оболочки.

К склере примыкает сосудистая оболочка, переполненная кровеносными сосудами. В передней части глаза, там, где склера переходит в роговую оболочку, сосудистая оболочка утолщается, отходит под углом от склеры и направляется к середине передней камеры, образуя поперечную радужную оболочку.

Если задняя сторона радужной оболочки окрашена только в черный цвет, глаза кажутся синими, чернота просвечивает через кожицу синеватым отливом подобно жилам на руках. Если бывают еще другие цветные включения, что зависит и от количества черного цветного вещества, то глаз нам кажется зеленоватым, серым и карим и т. д. Когда в радужной оболочке нет никакого цветного вещества (как, например, у белых кроликов), то она нам кажется красной от крови, заключенной в пронизывающих ее кровеносных сосудах. В этом случае глаза плохо защищены от света — они страдают светобоязнью (альбинизмом), но в темноте превосходят по остроте зрения глаза с темной окраской.

Радужная оболочка отделяет передний выпуклый сегмент глаза от его остальной части и имеет отверстие, называемое зрачком. Сам зрачок глаза черен по той же причине, что и окна соседнего дома при дневном освещении, которые кажутся нам черными, потому что прошедший через них снаружи свет почти не выходит обратно. Зрачок пропускает внутрь глаза в каждом отдельном случае определенное количество света. Зрачок увеличивается и уменьшается независимо от нашей воли, но в зависимости от условий освещения. Явление приспособления глаза к яркости поля зрения называется адаптацией. Однако основную роль в процессе адаптации играет не зрачок, а сетчатка.

Сетчаткой называется третья, внутренняя оболочка, представляющая собой свето- и цветочувствительный слой.

Несмотря на незначительную толщину, она имеет очень сложную и многослойную структуру. Светочувствительная часть сетчатки состоит из нервных элементов, заключенных в особую поддерживающую их ткань.

Светочувствительность сетчатки не на всем ее протяжении одинакова. В части ее, расположенной против зрачка и несколько выше зрительного нерва, она обладает наибольшей чувствительностью, но ближе к зрачку она становится все менее и менее чувствительной и, наконец, сразу обращается в тонкую оболочку, прикрывающую внутреннюю часть радужной оболочки. Сетчатка представляет собой разветвления по дну глаза нервных волокон, которые затем сплетаются между собой и образуют зрительный нерв, который сообщается с головным мозгом человека.

Существуют два вида окончаний нервных волокон, выстилающих сетчатку: одни, имеющие вид стебелька и относительно длинные, называются палочками, другие, более короткие и более толстые, называются колбочками. Около 130 миллионов палочек и 7 миллионов колбочек насчитывают на сетчатке. Как палочки, так и колбочки очень малы и видны только при увеличении в 150–200 раз под микроскопом: толщина палочек около 2 микрон (0,002 мм), а колбочек 6–7 микрон. В наиболее чувствительном к свету месте сетчатки против зрачка расположены почти одни колбочки, плотность их здесь достигает 100 000 на 1 мм², причем каждые два-три светочувствительных элемента соединены непосредственно с нервными волокнами. Здесь находится так называемая центральная ямка диаметром 0,4 мм. Вследствие этого глаз обладает способностью различать мельчайшие детали лишь только в центре поля зрения, ограничиваемом углом в 1°,3. Так, например, опытные шлифовщики различают просветы в 0,6 микрона, тогда как обычно человек способен заметить просвет в 10 микрон.

Ближайшая к центральной ямке область, так называемое желтое пятно, имеет угловое протяжение 6–8°.

Палочки расположены в пределах всей сетчатки, причем наибольшая концентрация их наблюдается в зоне, смещенной на 10–12° от центра. Здесь на одно волокно зрительного нерва приходится несколько десятков и даже сотен палочек. Периферическая часть сетчатой оболочки служит для общей зрительной ориентировки в пространстве. При помощи специального глазного зеркала, предложенного Г. Гельмгольцем, можно видеть на сетчатке второе пятно, имеющее белую окраску. Это пятно расположено на месте ствола зрительного нерва, и так как здесь уже нет ни колбочек, ни палочек, то этот участок сетчатки не чувствителен к свету и называется поэтому слепым пятном. Слепое пятно сетчатки имеет диаметр 1,88 мм, что соответствует 6° по углу зрения. Это значит, что человек с расстояния 1 м может не видеть предмета, имеющего диаметр около 10 см, если изображение этого предмета проектируется на слепое пятно. Палочки и колбочки различаются по своим функциям: палочки обладают большой чувствительностью, но не «различают» цветов и являются аппаратом сумеречного зрения, т. е. зрения при слабом освещении; колбочки чувствительны к цветам, но зато менее светочувствительны и поэтому являются аппаратом дневного зрения.

У многих животных за сетчаткой находится тонкий мерцающий зеркальный слой, усиливающий действие попадающего в глаз света путем отражения. Глаза таких животных блестят в темноте как раскаленные уголья. Речь идет не о полной темноте, где это явление, конечно, наблюдаться не будет.

Адаптация зрения является сложным процессом переключения глаза с работы колбочковым аппаратом на палочковый (темновая адаптация) или наоборот (световая адаптация). При этом до сих пор остаются неизвестными процессы изменения концентрации светочувствительных элементов в клетках сетчатки, когда чувствительность ее повышается при темновой адаптации в десятки тысяч раз, а также и прочие изменения свойств сетчатки в различных фазах адаптации. Фактические данные процесса адаптации определены достаточно строго и могут быть здесь приведены. Так, в процессе темновой адаптации чувствительность глаза к свету сначала быстро повышается, и это продолжается около 25–40 минут, причем время зависит от уровня начальной адаптации. При длительном пребывании в темноте чувствительность глаза к свету повышается в 50 000 раз и достигает абсолютного светового порога.

Выражая абсолютный порог в люксах освещенности на зрачке, получают в среднем величину порядка 10^-9 люкс.

Это значит, грубо говоря, что в условиях полной темноты наблюдатель смог бы заметить свет от одной стеариновой свечи, удаленной от него на расстоянии 30 км. Чем выше яркость начального поля адаптации, тем медленнее приспосабливается глаз к темноте, и в этих случаях пользуются понятием относительных порогов чувствительности.

При обратном переходе от темноты к свету процесс адаптации до восстановления некоторой «постоянной» чувствительности длится всего лишь 5–8 минут, и чувствительность изменяется всего лишь в