Нередки случаи, когда люди с НОРМАЛЬНЫМ зрением (в основном пожилые), после прогулки не могут вспомнить дорогу домой. Провал в памяти происходит в результате нарушения работы гиппокампа – структуры головного мозга, связанной с различными функциями памяти, в том числе и с запоминанием зрительных образов.
Оказывается, мы, как и все живые существа, УЗНАЁМ только ТО, что нам было ИЗВЕСТНО и сохранилось в ПАМЯТИ. Увиденное впервые или забытое воспринимается как нечто незнакомое и непонятное. К примеру, давно замечено, что домашние животные, возвратившись с пастбищ и впервые увидев старые обновлённые ворота, не решаются заходить во двор.
Запоминание окружающих предметов и их взаимного расположения – результат сложных психических и нейрофизиологических процессов. В них участвуют как органы зрения, так и нервные клетки гиппокампа и клетки примыкающих к нему отделов коры головного мозга: нейроны места (см. здесь), нейроны направления головы, нейроны решётки (чувствующие ближайшие узлы пересечения линий ЕСТЕСТВЕННОЙ СИСТЕМЫ КООРДИНАТ – трёхмерной «решётки»), а также нейроны скорости (реагирующие на интенсивность перемещения относительно узлов «решётки»).
ЕСТЕСТВЕННАЯ СИСТЕМА КООРДИНАТ (секрет которой пока не раскрыт) заявляет о своём существовании ФИЗИЧЕСКИМИ ВОЗДЕЙСТВИЯМИ на мозг живых существ, в результате чего формируются когнитивные карты (см. здесь), возбуждаются нейроны места и нейроны решётки и т. п.
Когнитивные карты и названные нейроны образуют навигационную систему мозга, которая, сохраняясь в памяти, позволяет живым существам свободно ориентироваться в пространстве (что является одной из главнейших функций головного мозга).
Наша память хранит бесчисленное множество когнитивных карт, различных по масштабу, степени полноты и точности – от карт Вселенной и Солнечной системы до карт своего многоэтажного дома и собственной квартиры. Все они, будучи вложенными друг в друга, как матрёшки, составляют индивидуальную трёхмерную картину мира.
Процессы формирования мысленных картин, происходящие в зрительных системах мозга, кажутся пока загадкой. Не удаётся объяснить их ни законами волновой оптики, ни законами оптики геометрической.
Дело в том, что, устойчивая ВОЛНОВАЯ КАРТИНА (голограмма) получается, можно сказать, в лабораторных условиях при ИНТЕРФЕРЕНЦИИ КОГЕРЕНТНЫХ световых волн (рисунок 1А). Естественные же ВОЛНЫ НЕКОГЕРЕНТНЫ (рисунок 1Б), и создать с их помощью подобную картину просто нереально. Это, во-первых. Во-вторых, ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА традиционно считается УПРОЩЁННЫМ ВАРИАНТОМ волновой теории (луч – прямая линия, волна с амплитудой колебания, равной нулю), и будто бы потому НЕПОЛНО описывает оптические явления.
Рисунок 1. Волны света: А – когерентные; Б – некогерентные.
Тем не менее, более двух столетий при расчёте оптических систем любой сложности специалисты руководствуются ЗАКОНАМИ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКИ. И точность результатов не вызывает никаких сомнений в их правильности и обоснованности.
Но похоже, и очень даже похоже, что эти ЗАКОНЫ являются неотъемлемой частью ЗАКОНОВ ДИФФУЗНОГО ОТРАЖЕНИЯ СФЕРИЧЕСКИХ СВЕТОВЫХ ВОЛН, процесс которого схематично изображён на рисунке 2.
Рисунок 2 Схема диффузного (рассеянного) отражения света Изображения: А – плоское, Б – объёмное. I – поверхность предмета; II– луч падающего света; III - фронт сферической волны; IV– отражённые лучи света; V – точечный источник сферических волн.
Падающий световой луч (II) в поверхностном слое (I) передаёт часть своей энергии частице вещества (V), которая, перейдя на более высокий энергетический уровень, становится точечным излучателем сферических световых волн (III). Отраженные лучи (IV) распространяются ПРЯМОЛИНЕЙНО (рисунок 2 А) и рассеиваются РАВНОМЕРНО ПО ВСЕМ НАПРАВЛЕНИЯМ (рисунок 2 Б), проходя через все точки доступного пространства. Диффузно отражаемые ЛУЧИ, как можно видеть, имеют РАЗНЫЕ ЦВЕТА, благодаря чему природа удивляет нас своим цветовым многообразием. Этот факт опровергает устоявшееся мнение: ЛУЧИ – НЕ ПРЯМЫЕ ЛИНИИ, а ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ, имеющие определённые ДЛИНЫ и ЦВЕТА.
Для большей наглядности на рисунке 2 дана схема излучения одним ТОЧЕЧНЫМ источником сферических волн. Реально же свет диффузно отражается ПОВЕРХНОСТЯМИ – огромным множеством точек, вплотную примыкающими друг к другу.
Особенности диффузно отражённого СВЕТА:
• ЛУЧИ, идущие из разных точек в одном направлении, ПАРАЛЛЕЛЬНЫ; • Различаются они как по ДЛИНАМ ВОЛН (по цвету), так и по пространственным КООРДИНАТАМ их точечных источников;
• ЛУЧИ не смешиваются и не налагаются друг на друга (рисунок 3). Поэтому цветные узоры не теряют ни чёткости линий, ни яркости красок;
• ЛУЧИ НЕСУТ ИНФОРМАЦИЮ о СВОИХ ИСТОЧНИКАХ (координаты и цвет), распространяющиеся равномерно по всем направлениям.
Из всего множеств ЛУЧЕЙ наблюдатель «видит» только те, какие направлены в его сторону – он видит поверхность, отражающую свет. И с какой бы стороны он ни рассматривал, скажем, цветной узор, будут оставаться неизменными: и взаимное расположение геометрических элементов узора, и их формы и цвета.
ЛУЧИ диффузно отражённых волн несут достаточно полную, полезную и объективную информацию о предметах материального мира. В сущности, они и ЯВЛЯЮТСЯ ТЕМИ «ЛИНИЯМИ», из-за КАКИХ ОПТИКА до сих пор остаётся РАЗДЕЛЁННОЙ на геометрическую и волновую.
Рисунок 3. Геометрический узор
Как нетрудно понять, ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА – НЕ УПРОЩЁННЫЙ ВАРИАНТ ВОЛНОВОЙ ТЕОРИИ СВЕТА, а СУЩЕСТВЕННАЯ ЧАСТЬ – ИНФОРМАЦИОННАЯ СТОРОНА – ВОЛНОВЫХ ОПТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.
Легкодоступной зрительной информации не существует. В самом деле, нас окружает бесчисленное множество предметов. Отражённые ими лучи света идут во все стороны равномерно, проходя через все точки доступного пространства. Информация распылена и перемешана в световом поле настолько, что выделить её в упорядоченном виде – задача весьма непростая.
Проблему зрительного восприятия окружающего мира природа решила гениально, создав удивительные глаза. Их работа основана на пока таинственном явлении САМООРГАНИЗАЦИИ ОПТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ. Физический смысл её попытаемся понять в общих чертах с помощью рисунка 4, схематично изображающий ход световых лучей в КАМЕРАХ-ОБСКУРАХ. (По принципу работы обычной камеры – рисунок 4А – устроен простейший глаз наутилуса; камера с линзой – рисунок 4Б – упрощённая ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ГЛАЗА с хрусталиком).
Рисунок 4. Камеры-обскуры. А – камера-обскура обычная; Б - камера-обскура с линзой.
Чтобы понять сущность явления самоорганизации оптической информации хотя бы в общих чертах, проследим за ходом лучей в камерах-обскурах. Информационные световые лучи НЕУПОРЯДОЧЕННО идут от освещённых объектов до входного отверстия камеры (рисунок 4А) и до фокуса линзы F (рисунок 4Б). Пройдя «распределительные центры» (отверстие и фокус F), они УПОРЯДОЧЕННЫМ СТРОЕМ подходят к экранам (в глазах таковыми является сетчатки), на которых появляются готовые изображения.
Основными признаками, по каким ОТБИРАЮТСЯ СВЕТОВЫЕ ЛУЧИ и УПОРЯДОЧИВАЕТСЯ их взаиморасположение, являются пространственные КООРДИНАТЫ ТОЧЕК излучения.
Для осуществления процесса самоорганизации световой информации необходимо одно из двух условий:
• выделение из общего потока света узкого пучка;
• фокусировка широкого пучка света в «точку» (F).
В первом случае изображение получается тусклым, во втором – гораздо ярче и крупнее. Это старт и последнее достижение эволюции органов зрения.
Рисунок 5. Природные «камеры-обскуры». Тени от деревьев во время затмения Солнца.
18.10.2025 г.
Леонид Демиденко