Абсолютный порог световосприятия

Как уже говорилось, темновая адаптация протекает медленно. Оказывается, и после получасового пребывания в темноте продолжается, хотя и очень медленное, увеличение чувствительности палочкового аппарата к свету. Зададимся таким вопросом: где же лежит или чему равна нижняя граница световосприятия? Для ее определения проделали такой эксперимент. Человека с нормальным зрением поместили в совершенно темную комнату, где он был не менее часа. Специальный экран освещался зеленым светом с длиной волны 0,507 мкм, к которой наиболее чувствителен в условиях низкого уровня освещения палочковый аппарат. Сначала экран был темным, затем его освещенность медленно увеличивалась. Человек должен был сказать, когда он увидит свет.

По измерениям академика С. И. Вавилова минимальное количество световой энергии, вызывающее световое раздражение сетчатки глаза человека в условиях полной темновой адаптации, составляет 3,1 ⋅ 10^-18 Вт для длины волны 0,507 мкм. Эту величину назвали абсолютным порогом световосприятия. Световой поток, исходящий от экрана в описываемом эксперименте, составлял около 10^-13 лм.

Даже трудно представить себе, насколько мал абсолютный порог световосприятия! Давайте подсчитаем, сколько квантов в секунду с длиной волны 0,507 мкм испускает источник, энергия которого равна абсолютному порогу световосприятия.

Для решения задачи надо 3,1 ⋅ 10^-18 Вт разделить на энергию 1 кванта (hv) с длиной волны 0,507 мкм. Здесь h - постоянная Планка, равная 6,6 ⋅ 10^-34 Дж ⋅ с, v - частота. Она связана с длиной волны λ и скоростью света с соотношением v = с/λ,. Ответ получается 8 квантов в секунду! То есть, чтобы глаз увидел свет, достаточен поток в 8 квантов в секунду!

Представим себе, что у нас имеется источник, излучающий энергию, по величине равную абсолютному порогу световосприятия, и что мы можем эту энергию накапливать. Как вы думаете, сколько времени придется собирать эту энергию, чтобы набрать ее количество, достаточное для нагревания 1 г воды на 1° С? Иначе говоря, набрать 1 малую калорию? Оказывается, для этого понадобится 4 ⋅ 10¹⁰ лет - миллиарды лет! А глаз видит, воспринимает такой величины поток мгновенно! Вот какой удивительно высокой чувствительностью к свету обладает палочковый аппарат нашего зрения.

Как же достигается столь высокая чувствительность к свету палочкового зрения? Как мы уже говорили, палочек на сетчатке много, около 130 млн., и они расположены по всей сетчатке, главным образом по периферии. За счет этого изображение предметов, создаваемое палочковым зрением, теряет в качестве в сравнении с дневным. Изображение ночью получается менее четким, в основном мы видим только контуры предметов. К отдельным окончаниям зрительного нерва на периферических частях сетчатки присоединяются по 100 - 200 и даже по 400 палочек. Поэтому если световое раздражение отдельной палочки недостаточно, чтобы передать сигнал в мозг, то суммарное раздражение 200, а тем более 400 палочек уже оказывается способным послать в мозг сигнал достаточной интенсивности. Этим подключением большого числа палочек к одному окончанию зрительного нерва и создается такая необыкновенно высокая чувствительность к слабым световым потокам у палочкового зрения.