В современном кинематографе и литературе часто затрагивается тема необычного зрения, которое позволяет обнаруживать спрятавшихся за стенами людей, замечать тайники и клады, невидимые в обычном для человека диапазоне, и так далее. В качестве одного из примеров можно привести фильм про воина-хищника с неизвестной планеты, который в джунглях охотится на светочей, несущих обитателям джунглей демократию. В конце-концов из светлоликих остаётся только Датч (в исполнении Арнольда Шварцнеггера). В финале фильма он догадывается, что почти неуязвимый техновоин видит в инфракрасном диапазоне, и поэтому "наш" обмазывается грязью и становится невидимым для хищника (потому что инфракрасное излучение, идущее от тела, поглощается грязью). После этого идёт жёсткое и методичное избиение инопланетной формы жизни до полной победы над ней...
В общем, когда смотришь подобные фильмы, иногда возникает ощущение собственной неполноценности из-за того, что мы не видим в темноте или сквозь стены с помощью магического или природного рентгена. Но есть ли у нас основания чувствовать себя неполноценным с этой стороны? Попробуем немного разобраться.
Начнём с того, что среднестатистический глаз человека приспособлен реагировать на электромагнитные волны (свет) с длинами примерно от 420 до 750 нанометров, на шкале электромагнитных волн этот "видимый" глазом интервал представляет собой очень узкую полосу. Как же он взаимодействует с волнами из указанного диапазона?
Грубо:
1) Часть светового потока сначала отсекается диафрагмой - радужной оболочкой. Размер отверстия в диафрагме зависит от уровня освещённости. В сумерках и темноте он максимален и может достигать 7-8 мм в диаметре.
2) Оставшаяся часть потока перенаправляется хрусталиком так, чтобы он в основном попадал на сетчатку в районе жёлтого пятна. В области жёлтого пятна плотность электромагнитных детекторов (колбочек и палочек) максимальна, поэтому преобразование электромагнитной энергии в электрические импульсы, бегущие по нервам в мозг, идёт особенно эффективно.
Рисунок. Размер зрачка минимален при ярком освещении и максимален в темноте. Жёлтым цветом условно обозначена сетчатка.
Рисунок. Лучи от предмета (пунктирные линии) отклоняются глазом так, чтобы при взгляде на предмет максимальная плотность лучей была в районе жёлтого пятна глаза (оранжевый кружок в чёрном ободе).
Отметим, что электрические импульсы в зрительных нервах возникают при распаде белков (родопсина и йодопсина) в палочках и колбочках.
Тут то мы с вами и подошли к моменту истины - ограниченности спектрального диапазона, в котором работает наше зрение. Из сказанного выше кажется, что природа могла бы
добавить в светочувствительные элементы белки, способные распадаться при поглощении волн вне видимого диапазона, и таким образом обеспечить человеку суперзрение, работающее в инфракрасном или ультрафиолетовом (даже рентгеновском) режиме.
А теперь объясним, почему так быть не может.
1) Пусть светочувствительные пигменты в наших глазах смогут реагировать на жёсткое ультрафиолетовое излучение (около 100 нм) или даже мягкое рентгеновское излучение (около 1 нм). Если мы "работаем" с мягким рентгеном, то показатель преломления для него очень близок к 1 (единице) и хрусталик не в состоянии сфокусировать это излучение на сетчатке. Заметим также, что рентгеновское излучение в целом поглощается веществом намного лучше, чем излучение из видимой части спектра. Если переходим к жёсткому ультрафиолету, то вспоминаем, что он очень хорошо поглощается веществом хрусталика.
Получаем: или сильное поглощение и слабую фокусировку, или просто сильное поглощение. А теперь предлагаем вспомнить про то, как хорошо человек себя чувствует вечером, проведя целый день без зонтика на пляже летом в солнечную погоду... Все представили себе, как кожа на спине, руках, лице, груди скрепит и трещит, а также нещадно болит, обожжённая ультрафиолетом и рентгеном от Солнца? Если бы сетчатка глаза не была бы защищена от жёсткого ультрафиолета или мягкого рентгена хрусталиком и слоем жидкости, то она бы очень быстро выгорала под ними. Биологическое действие этих излучений очень велико, на нём (ультрафиолете), кстати, весь фотосинтез держится.
Таким образом, способность видеть в более коротком спектре привела бы к необходимости создавать новые глаза, в которых чувствительные к коротким волнам элементы не выгорали и не разрушались.
2) Пусть светочувствительные пигменты в наших глазах смогут реагировать на длинноволновое излучение (больше 800 нанометров), которое уже почти не способно оказывать разрушающее действие на биологические объекты (при разумной интенсивности). Тут тоже, оказывается, сложность имеется. Температура нашего тепла примерно сопоставима с температурой окружающей среды. Поэтому спектр излучения окружающей среды и нашего тела очень схож по составу длин волн - все тела всегда испускают тепловое излучение, "отключить" его нельзя. Поэтому сетчатка будет засвечиваться тепловым излучением, идущим от внутренней поверхности глаза, и из-за этой засветки ничего не будет видно ни летом, ни зимой. Ещё одна сложность состоит в том, что тепловое излучение, которое менее интенсивное у нас, чем у окружающей среды, уже имеет достаточно большую длину волны, и поэтому чёткость изображения, получаемого с его помощью, будет крайне низка. Впрочем, можете это оценить и сами, посмотрев даже на обычные инфракрасные визоры, которые улавливают волны около 7000 нанометров. Человек даже на них получается в виде размытого пятна, а увеличение "рабочей" длины волны приведёт к ещё большему размытию. Кроме того, нужно заметить, что показатель преломления с ростом длины волны заметно падает, и дополнительная нерезкость изображения будет обеспечиваться ещё и
слабой фокусировкой теплового излучения.
Таким образом, можно сделать вывод, что в ходе эволюции природа филигранно подобрала человеку глаза, с помощью которых он очень хорошо видит окружающий мир в крайне узком спектральном диапазоне. С одной стороны он ограничен короткими волнами, от которых сетчатка защищена хрусталиком и стекловидным телом, что позволяет сохранять её в целостности. С другой стороны этот диапазон ограничивается относительно длинноволновым тепловым излучением тела. Природа же смогла точно и аккуратно настроить глаза на промежуток между этими диапазонами, чтобы светочувствительные элементы глаза и не выжигались, и не срабатывали на тепловое излучение, и позволяли получить представление об окружающем мире с достаточной точностью (около 50-100 микрон при оптимальных условиях).
