Почему световое "окно" в окружающий мир лишь узкая "щелочка"?

Длины большого семейства электромагнитных волн изменяются в очень широких пределах. Они составляют километры у длинных радиоволн и уменьшаются до миллиардных долей сантиметра (10^-9 см) у коротких рентгеновских лучей. На фоне такого гигантского диапазона изменения длин электромагнитных волн (от 10³ до 10^-11 м) световой диапазон (0,40.10^-3 - 0,76 X 10^-3 м) выглядит просто узенькой "щелочкой", на протяжении которой длина волны изменяется меньше чем в два раза.

Весь свет, с помощью которого мы получаем всю световую и цветовую информацию из окружающего мира, "укладывается" почти в ¹/₃ мкм! В столь узенькой "щелочке" заключено все богатство цветов и красок мира!

Чем же объяснить, что световые волны заключены в такие "тесные границы"? Случайно ли это? Нет, не случайно! Покажем, что световой диапазон не может быть шире. Начнем с коротковолнового конца видимого спектра.

Лучи с длиной волны короче 0,4 мкм называются ультрафиолетовыми или сокращенно УФ-лучами. Они обладают большой энергией квантов. Величина кванта, как известно, равна hv, где h - постоянная Планка (6,6 ⋅ 10^-34 Дж.с), a v - частота электромагнитной волны. УФ-лучи в силу большой энергии их квантов производят химическое разрушение органических веществ, оказывают сильное действие, порой губительное, на живые организмы. Это свойство УФ-лучей используется в бактерицидных лампах.

Кожа человека, подвергнутого умеренному облучения УФ-лучами, покрывается загаром. Загар - это темная пигментация кожи. Она представляет собой защитную реакцию кожного покрова на проникновение большого количества УФ-лучей, такая пигментация кожи предохраняет от дальнейшего попадания в ткани больших доз губительных УФ-лучей. Неумеренное облучение человека УФ-радиацией, желание загореть в короткий срок, приводит к серьезным ожогам, воспалению кожи и даже к болезням крови. Длительное облучение глаза человека УФ-радиацией может привести к слепоте. На облучение человека дозами радиации выше допускаемых одним из первых органов реагирует глаз.

УФ-лучи не попадают в глаз, так как поглощаются хрусталиком. И хотя сетчатка и чувствительна к УФ-лучам, световой диапазон, благодаря защитной роли хрусталика, обрывается на 0,40 мкм.

Теперь обратимся к длинноволновому, красному краю светового диапазона. Лучи с длиной волны более 0,80 мкм называют инфракрасными или ИК-лучами. К ним глаз не чувствителен. Глаз не мог бы работать как орган зрения, если бы он воспринимал ИК-лучи. Максимум собственного теплового излучения глаза при температуре тела человека около 37°С приходится на длины волн 9 - 10 мкм. Можно показать несложными расчетами, что если бы глаз воспринимал ИК-лучи с такой чувствительностью, какую он имеет к желто-зеленым, то собственное излучение глаза составляло бы 5 млн. кд! Естественно, что при наличии такого мощного "прожектора" в собственном глазу, мы не могли бы видеть ничего вокруг. Глаз не мог бы выполнять функции органа зрения.

Итак, в силу указанных причин световые волны оказываются заключенными в тесные границы от 0,40 до 0,76 мкм. Приходится только удивляться, что, наблюдая окружающий мир сквозь такую узкую "щелочку" светового диапазона, глаз человека способен воспринимать богатейшую цветовую гамму, улавливать малейшие изменения в цветовом тоне или в яркости. Этому в значительной степени помогают особенности спектральной чувствительности глаза, которые наглядно отражаются в острой форме кривой видности. Даже самые небольшие изменения длины волны света (т. е. цвета лучей) сопровождаются заметным изменением спектральной чувствительности глаза к новому цвету. Это и приводит к тому, что помимо имеющегося различия в цвете, например, двух соприкасающихся предметов, близких по цвету, появляется существенный дополнительный контраст по яркости, который помогает отличить один предмет от другого, т. е. увидеть их.

Серебристые облака. Вид из космоса. (Фото Ч. Вилмана)

Искажения диска Солнца при заходе за счет рефракции. Май 1984 г., побережье Чукотки. Такого характера искажения формы солнечного диска имеют место, если у самой поверхности Земли располагается холодный воздух, а выше него лежит теплый слой. Неровные края солнечного диска, наличие как бы зазубрин, выемок говорит о том, что таких границ раздела холодный - теплый воздух не одна, а несколько. Иногда одна из выемок становится настолько глубокой с обеих сторон, что от верхушки Солнца отрезается целая полоса, как это произошло на фотографиях 11 - 14. (Фото С. В. Загоруйко)

Фата-моргана, наблюдавшаяся на побережье Чукотки 15 мая 1984 г. (Фото С. В. Загоруйко)

Извержение вулкана. После извержений вулканов взрывного типа наблюдаются самые красивые, самые яркие зори с интенсивным развитием пурпуровых тонов. (Фото В. Е. Гиппенрейтера)

Комета Галлея в свой приход в окрестности Земли в 1986 г. Ее появление на земном небосклоне удалось проследить до 240 г. до нашей эры. В 1986 г. она появилась в 30-й раз

Газовая туманность. Розетка находится в нашей Галактике. Темные места на фотографии - пылевые облака

Туманность в созвездии Андромеды. Одна из наиболее близких галактик, находится на расстоянии порядка 106 световых лет