ОЧЕВИДНОЕ — ПРАВДА, ЛОЖЬ ИЛИ НЕЧТО ТРЕТЬЕ?

Человек должен считать достоверной большую часть своих сведений о внешнем мир.е и о себе самоМ — иначе, не мог бы жить.

Эмиль Борель

Уверейность в непогрешимости знания, получаемого о внешнем мире с помощью зрения, так органично свойственна человеку, что в языке (и не только русском) слова«видеть» и «понимать».практически взаимозаменяемы.

, , ;Язык — вещь гибкая и строгая в одно и то же время. Фразу, выражающую определенную мысль, моІкно составить из разных слов, но каждое поставленное на свое место слово все жестче ограничивает выбор следующих слов. И все же из вполне законченной фразы, строго выражающей мысль, нередко без ущерба для смысла можно вынуть любое слово и заменить его равнозначным.

іЕсли бы все языковые формы от слова «видеть» были тождественны понятию «хорошо, ясно понимать», мы могли бы решить, что в сознании человека зрение всегда непогрешимо. Ho это, безусловно, не так — в языке есть и совсем иные оттенки слова «видеть». Когда собеседнику кажется, что вы правы, но полной уверенности у него нет, он скажет: «По-видимому, так». A если некто, не делая по существу ничего, умудряется изобразить кипучую деятельность, то его занятие определят, махнув рукой: «Одна видимость».

Что же такое зрение — поставщик истины (очевидно), лжи (одна видимость) или чего-то третьего, не ложного, но и не достоверного (по-видимому, так)? Любопытно подсчитать относительную частоту употребления слова «видеть» в каждом из трех значений, но этот способ, без сомнения, не даст ответа на интересующие нас вопросы: что воспринимает человек с помощью зрения и как работает зрение человека?

B том, что именно это интересует читателя, сомнений нет: в противном случае читатель не взялся бы за книгу «Опыты со зрением».

Мой краткий дилетантский экскурс в языкознание преследовал одну цель — избавить читателя 6т автоматизма при оценке наблюдений, предостеречь от привычного употребления слова «очевидно» для подкрепления выводов. Очевидное — это наблюдаемые нами факты восприятия. Механика очевидного и смысловая связь фактов — предметы нашего исследования. Именно этими предметами вы занимались, работая с книгой.

ГЛАЗ И ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ (ИЛИ ЛУЧЕВАЯ) ОПТИКА

Bo всех случаях, когда нас интересует изображение внешних предметов в глазу человека — на сетчатке, мы пользуемся методами лучевой — геометриче- ской — оптики, ее законами (главным образом законами отражения и преломления света). Живые линзы глаза — роговица и хрусталик — преломляют и отра- жаютсвет аналогично стеклянным линзам той же плот- ности, прозрачности, кривизны, толщины. Сетчатка пока рассматривается лишь как экран, на который проецируется изображение. Экран этот неподвижен: длй* на оси глаза — расстояние между центром роговицы и центром сетчатки — величина постоянная. Четкое изображение получается на сетчатке только в том случае, когда фокусное расстояние оптики глаза точно равно длине его оси. При этом должны соблюдаться два условия. Во-первых, предмет находится в «оптической бесконечности» (практически на расстоянии более 5 метров), то есть можно принять, что отраженные от него лучи входят в глаз параллельным пучком. Во-вторых, мышца хрусталика (цилиарная) расслаблена — выпуклость хрусталика (точнее, кривизна его поверхностей) минимальна. Если при соблюдении обоих условий фокусное расстояние оптики глаза точно равно длине его оси, говорят: рефракция глаза нормальна, глаз эмметропический.

Рис. П. 1. Схема, поясняющая опыт Шейнера (вспомните опыт 4). S — источник света. Линза Jl отгорожена от 5 диафрагмой Д с двумя отверстиями. Когда экран находится в положении Fj то есть как раз в фокальной плоскости, в точке а будет одно изображение объекта. Если расстояние до экрана меньше, чем фокусное расстояние линзы — положение Mu получается два изображения (неперекрещенные). Два изображения получатся и в том случае, когда расстояние до экрана больше фокусного — ъоложение M2t но они будут перекрещенными. Схема вполне справедлива и для случая, когда S — горизонтальная линия, Jl — оптическая система глаза, а экраном служит сетчатка.

Аккомодируя, эмметропический и гиперметропический глаза формируют четкие изображения и от далеких и от близких предметов; лишь для миопического глаза зона далекое — близкое сжата (но зато при рав- ныхвозможностяхаккомодации не только дальняя, но и^ближняя граница зоны четких изображений при близорукости будет гораздо ближе к глазу, чем в случае дальнозоркости и даже змметропии).

Эмметропия, гиперметропия и миопия — три вида сферической рефракции глаза. Заменив роговицу и хрусталикравной по силе (эквивалентцой) линзой, мы обнаружим, что ее поверхности имеют одинаковые радиусы кривизны по всемнаправлениям, например в вертикальном и горизонтальном направлениях. Четвертый тип рефракции глаза — астигматизм — отличается тем, что взаимно перпендикулярные направле- ния эквивалентной линзы имеют разные радиусы кри- визны. При сферической рефракции, подобрав соответствующее расстояние до точечного предмета, теоретически можно получить в фокусе точку (по-гречески «стигму»). При астигматизме точечного фокуса просто нет. Астигматизм может сопутствовать любой сферической рефракции глаза. Миопия„гиперметропия и астигматизм исправляются (коррегируются, а не излечиваются, как часто Ошибочно полагают) очками.

Подобно любой оптической системе, глаз не лишен оптических погрешностей, — даже при эмметропии. Разберемся в их происхождении. Любую линзу схематически можно представить как две призмы. Схема собирательной линзы (то есть лупы, например роговицы глаза) —две призмы, сложенные основаниями. Если линза рассеивающая, ее схема — две призмы, сложенные вершинами («песочные часы»). B призме, как вы анаете, излучения, входящие в состав белого света, отклоняются по-разному: красный — меньше, синий—больше всех других.Поэтому любая линза сильнее преломляет синие лучи. Для красных лучей фокусное расстояние больше, чем для любых других-. Нормальный глаз как бы близорук для синих лучей, дальнозорок для красных, эмметропичен для желто- зеленых.

Читатель, конечно, заметил противоречие: говоря о рефракции глаза, мы утверждали, чтонасетчатке получается четкое изображение, а рассматривая аберрации, доказываем, что этого быть не может. B отношении сферической аберрации найдено достаточно полное объяснение тому, что четкое изображение есть, хотя его «быть не может». Во-первых, зрачок, пропуская только ту часть лучей, которая прошла через центральную зону роговицы (остальные поглощаются непрозрачной радужкой), уменьшает сферическую

аберрацию. Во-вторых, сравнительно недавно Стайлс и Кроуфорд доказали, что сетчатка не безразлична к направлению падающего на нее света: лучи, перпендикулярные сетчатке, более эффективны, чем наклонные. Ho здесь мы уже забегаем вперед, так как чувствительность сетчатки не определяется законами геометрической оптики. Каким образом компенсируется в глазу хроматическая аберрация его оптической системы, пока неизвестно. Очень вероятно, что открытие Стайлса—Кроуфорда

Рис. П. 2. Линейка для измерения диаметра

зрачка (вспомните

опыт 6). Скопируйтечер- теж, перенеся его на пленку или пластидку, по возможности наиболее прозрачную. Измеряя поперечник зрачка, держите линейку как можно

поможет разъяснить и эту загадку. Bo всяком случае, когда фокусное расстояние оптической системы глаза равно длине его оси (как говорят, предмет и его изображение на сетчатке находятся в сопряженных фокусах оптической системы глаза), изображение четкое.

ближе к наблюдаемому глазу. Ваш партнер в зто время должен смотреть другим глазом вдаль, так как при взгляде на близкий предмет зрачок суживается независимо от освещенности.

изменном напряжении аккомодации изображения предметов, удаленных не одинаково, остаются четкими; этот эффект называется глубиной фокуса. Тот, кто занимается фотографией, знает, что уменьшение диафрагмы сопровождается не только отрицательным (ослабление освещенности изображения), но и положительным эффектом: резкие изображения получаются и от близких и от далеких предметов. To же происходит при сужении зрачка. Когда глаз аккомодирует к предмету, удаленному на 2—2,5 метра, он в то же время фокусирован и к более удаленным предметам (до оптической бесконечности). Ha меньших расстояниях глубина фокуса, естественно, меньше. При pac-

стоянии 40 сантиметров глубина фокуса измеряется уже не метрами, а миллиметрами, но она все-таки существует. Поэтому в процессе зрения роль оптических погрешностей глаза практически ничтожна.

До сих пор речь шла о точечных изображениях. Ho изображения всех реальных предметов (не слишком удаленных), как и сами предметы, имеют некоторую протяженность, определенную форму и, кроме того, по-разному расположены на сетчатке в соответствии с расположением предметов в поле зрения.

Как и другие собирательные линзы, роговица и хрусталик формируют перевернутое изображение *.

Bce лучевые построения обратимы. Прослеживая движение света от источника в воздухе, затем в линзе (или в глазу), в другой линзе, снова в воздухе и так далее до любой точки, мы пройдем совершенно такой же путь, как и в том случае, если начнем от конечной точки и будем двигаться к линзам, а затем сквозь линзы к источнику.

Представим себе лучи, выходящие из глаза (кстати, Эвклид так и строил свою геометрию). Луч, начавшийся в каждом светочувствительном элементе сетчатки, преломится линзами глаза и пойдет дальше прямолинейно в своем особом направлении. По числу волокон зрительного нерва таких «лучей» будет примерно миллион. Их совокупность составит как бы ко- [26] нус с вершиной в хрусталике. Это и есть поле зрения глаза (неподвижного, естественно,) . Плотность лучей в этом конусе неравномерна: в еш центральной части она очень высока (проекция центральной ямки сетчатки), ближе к краям — резко уменьшается. Соответственно изображения предметов на оси центрального пучка лучей очень детальны — острота зрения высокая (образно говоря, по лучу на каждую точку предмета). Изображения предметов на периферии конуса приблизительны (по лучу на участок предмета). Детальные изображения воспринимаются сознагщем ясно, приблизительные— более или менее смутно. Переменим ход лучей наобратный — из внешнего мира в глаз; картина теперь будет соответствовать реальности, хотя мы изменили только направление стрелки на каждом луче.

Лучевые построения необходимы еще для исследо- вашя &инокулярного зрения — той ветви науки о зрении, которая выявляет связи между положением (а также формой и протяженностью) предметов в прост- ранстце и положением изображений на сетчатках обоих глаз человека (точнее, живого существа, так как речь может идти и о бинокулярном зрении животного). Строение обеих сетчатой одинаково; полязрения обоих глаз практичЬски сйммётричны. Внормальных условиях оба поля зрения примерно на две трети совмещены. Поэтому, когда человек смотрит на сравнительно близкий предмет, каждый участок предмета «ощупывается» не одним, а двумя пучками «зрительных лучей»; иначе говоря, один предмет дает два очень сходных, но все же чуть различающихся изображения.

Ho, для того чтобы два сходных по формеизобра- жения слились в мозгу в единый образ, этого мало; необходимо выполнить еще одно условие: оба изображения должны оказаться на идентичных участках обеих сетчаток, то есть спроектироваться на светочувствительные клётки каждого глаза, одинаково расположенные относительно центральной ямки сетчатки (такйе участки называют корреспондирующими). Когда пара изображений раздражителя проектируется на идентичные светочувСтвительные клетки, воспринимается одно направление на объект и одиночный образ раздражителя. Ho лишь очень удаленный, т6 есть практически

P и с. П. 3. Эксперимент Э. Херийга, показывающий идентичность направлений при возбуждешш корреспондирующих участков обоих глаз. Когда зрительные оси обоих глав направлены в одну w ту* же точку, человек ощущает не два, а одно направление на объект. Встаньте примерно в 60 сантиметрах от окна. Голова неподвижна. Прикрыв правый глаз; левым смотрите на далекий предмет, например ель. Поставьте на оконном стекле точку строго на линии взгляда. Теперь закройте левый: глаз; смотрите — через точку — правым глазом. Вдалн на линии взгляда, вы видите другой предмет, например трубу на крыше отдаленного дома. Если теперь посмотреть обоими глазами на точку, поставленную раньше на оконном стекле, вы увидите, что: точка; ель и труба будут находиться прямо перед вами, в одном и том же направлении, хотя в реальном пространстве труба и ель отстоят далеко друг от друга. Bce остальные отдаленные предмет такжэе покажутся смещенными навстречу друг другу. (По Оглу, 1962.)

точечный, раздражитель дает совершенно идентичные изображения. Bo всех остальных случаях пара изображений имеет небольшую, но физиологически значимую асимметрию — диспаратность. Сходство обоих изображений — основа их слияния в одиночный образ. Диспаратность изображений — основа ощущения объемности, трехмерности этого образа, основа стереоэффекта.

* Для того чтобы яснее представить себе этот нелег- кий для понимания, но очень важный механизм, рассмотрим простую схему. Пронумеруем все соответствующие участки сетчатки обоих глаз одинаково. Некий предмет, расположенный в пространстве, наблюдаем

Рис. П. 4. Схематическое изображение простейших стереоскопов. А) Наиболее прост разделитель полей зрения — перегородка и рамка для двух картинок стереопары: левой (ЛК) и правой (ПК). Длина непрозрачной перегородки, перпендикулярной рамке, 30—50 сантиметров. Б) Рамка-бинокуляр. B круглые отверстия вставлены собирательные линзы равной силы. Сила линз зависит от расстояния до картинок стереопары: при расстоянии 10 сантиметров нужны линзы в +10 диоптрий, при расстоянии 20 сантиметров — линзы в +5 диоптрий. Рамка-бинокуляр насаживается на перегородку разделителя, либо ее просто держат в руке как лорнет. В) Зеркальный стереоскоп. Два небольших зеркала 3 устанавливают так, чтобы тыльными сторонами они стояли под прямым углом друг к другу. Под углом 90 градусов к каждому зеркалу устанавливают рамку для одной из картинок стереопары. Непрозрачную перегородку ставят как биссектрису тупого угла между лицевыми поверхностями зеркал; длина ее та же, что в разделителе полей зрения. Можно насадить в начале перегородки рамку-бинокуляр, и получится зеркально-линзовый стереоскоп. Стереоэффект можно научиться видеть и без всяких приспособлений, либо глядя как бы сквозь рисунки, то есть дивергируя, либо конвергируя, то есть скашивая глаза

к носу.

бинокулярно. Положим далее, что его изображение в каждом глазу проектируется на девять участков сетчатки; но в правом глазу это будут участки с 1 по 9, а в левом — со 2 по 10, то есть восемь идентичных и два диспаратных. Вспомним, что каждому участку соответствует свой «луч» — свое направление в пространстве. Построив лучевую схему (аналогично тому, как это показано на рис. П. 5), мы найдем предмет, совершенно определенным образом расположенный в пространстве. Таков в принципе физиологический механизм стереозрения, то есть бинокулярного восприятия глубины, объемности; есть еще монокулярные механизмы глубинного зрения — O них мы скажем позднее.

P и с. П. 5. Схема бинокулярного восприятия пространственного расположения предмета AB. Центральные зрительные оси ЩЗО) обоих глаз направлены в одну и ту же точку F. Точки A и B лежат на линии, параллельной воображаемой базисной оси, то есть линии, соединяющей узловые точки обоих глаз — точки пересечения лучей света, преломленных оптической системой каждого глаза. Изображения предмета одинаковы по форме и протяженности на сетчатке обоих глаз (ab = a'b'), но края изображений неодинаково отстоят от середины центральной ямки сетчатки: в левом глазу af>bf, а в правом, наоборот, a'f'