نقش نور در قدرت دیدن ما

اهمیت نور در این است که بدون آن امکان دیدن هیچ چیز وجود ندارد. قدرت دید انسان و سایر موجودات زنده در نتیجه یک بر هم کنش پیچیده بین نور، چشم‌ها و مغز پدید آمده است. ما به این دلیل می‌توانیم ببینیم که نور ساطع شده از جسم می‌تواند از فضا عبور کرده و به چشم ما برسد. به محض اینکه نور به چشم ما برسد، سیگنال‌هایی از چشم به مغز ما فرستاده می‌شود و مغز ما این اطلاعات را رمز گشایی می‌کند تا بتواند ظاهر، موقعیت و حرکت جسمی را که به آن نگاه می‌کنیم، ببیند. تمام این برهم کنش پیچیده در اثر وجود نور اتفاق می‌افتد و بدون نور امکان دیدن وجود ندارد.

اگر برای یک لحظه چراغ‌های اتاق را خاموش کنید و شیشه‌های پنجره را هم با یک پوشش تیره رنگ سیاه بپوشانید، متوجه می‌شوید که نمی‌توانید چیزی ببینید. در اتاق اجسامی هستند که می‌توانند نور را منعکس کنند، چشم‌هایی هم وجود دارند که می‌توانند نور را از هر منبعی دریافت کنند، و مغزی هم هست که امکان کد گشایی اطلاعاتی که از طریق چشم به آن می‌رسد را دارد. اما نوری وجود ندارد. اتاق و تمام محتویات درون آن به رنگ سیاه دیده می‌شوند. رنگ سیاه رنگی است که در اثر نرسیدن نور به چشم بوجود می‌آید. وقتی که اتاقی پر از لوازم مختلف (یا میز، لباس و آسمان) به نظرمان سیاه می‌آیند، در واقع نوری از خود به چشم نمی‌رسانند و به همین دلیل است که سیاه دیده می‌شوند. پس در سیاهی امکان دیدن هیچ چیز فراهم نیست.

مشاهده و انجام آزمایش در سایت آزتو

اجسامی که ما می‌بینیم به دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند: اجسام منیر و اجسام غیر منیر. اجسام منیر اجسامی هستند که خودشان نور تولید می‌نمایند و اجسام غیر منیر آن گروهی هستند که نور تابیده شده به خود را انعکاس می‌دهند تا به چشم ما برسد. خورشید یک نمونه از اجسام منیر است در حالی که ماه غیر منیر می‌باشد. در طول روز خورشید نور کافی را برای روشن کردن همه چیز در روی زمین فراهم می‌کند. آسمان آبی، ابر سفید، چمنزار سبز و برگ‌های رنگارنگ درختان، خانه همسایه و اتوموبیلی که به چهار راه می‌رسد همه در اثر انعکاس نور یک جسم منیر (خورشید) از روی یک مجموعه از اجسام غیر منیر است که پس از انعکاس به چشم ما می‌رسد. بدون نور اجسام منیر، هیچ جسم غیر منیری را هم نمی‌توان دید. هنگام شب، که به دلیل چرخش زمین نور به محلی که ما زندگی می‌کنیم نمی‌رسد، (به دلیل این که نور امکان طی کردن یک مسیر منحنی حول کره زمین را ندارد)، اجسام روی زمین سیاه دیده می‌شوند، (یا حد اقل رنگ شان تا حد زیادی به رنگ سیاه نزدیک است).

در صورت نبودن نور خیابان یا ایوان خانه همسایه امکان دیدن خانه در شب برای ما مهیا نیست، رنگ چمن‌ها هم دیگر سبز نیست و به رنگ‌های تیره نزدیک می‌شود، برگ درختان هم تیره است و اگر چراغ جلویی اتومبیل نباشد امکان مشاهده نزدیک شدن آن به چهارراه را نخواهیم داشت. بدون وجود اجسام منیری که نور خود را در فضا منتشر کنند و اجسام غیر منیر را روشن کنند، امکان دیدن اجسام غیرمنیر فراهم نیست.

بدون نور همه انگار شدیم کور!

یک آزمایش رایج در فیزیک بررسی حرکت یک پرتو لیزر در طول اتاق است. چراغ‌های اتاق را خاموش می‌نماییم، سپس لیزر را روشن کرده و نور آن را به طور مستقیم به یک آینه تخت می‌تابانیم. نمی‌توان پرتو لیزر را در طول مسیر تا جایی که به آینه می‌رسد مشاهده کرد، علاوه بر این پس از انعکاس نور از آینه هم تا زمانیکه نور مجدداً به دیواری درون اتاق برخورد نکند امکان مشاهده اثری از آن برای ما مقدور نخواهد بود. تنها نقاطی که در آنها پرتو نور قابل مشاهده است عبارتست از محل برخورد این پرتو با آینه و نقطه‌ای که نور انعکاس یافته از آینه روی دیوار باقی می‌گذارد. در هرکدام از این نقاط بخشی از نور در هوا منعکس شده و به چشم دانش آموزان می‌رسد. از آنجایی که دیده شدن هر چیز تنها از طریق انتقال پرتوی از نور از آن جسم به چشم ما امکان پذیر است، تنها در این دو نقطه ما چیزی می‌بینیم در بقیه نقاط چیزی دیده نمی‌شود. می‌توان این طور نتیجه گرفت که احتمالاً در مابقی نقاط چیزی وجود ندارد تا پرتو لیزر در برخورد با آن قابل مشاهده شود.

ساختمان چشم

قرنیه همان بیرونی‌ترین لایه شفاف و محافظ چشم است. قرنیه در کنار صلبیه (قسمت سفید چشم) به عنوان مانعی در برابر کثیفی، میکروب‌ها، و سایر ذرات است، و می‌توانند مقداری از نور فرابنفش را فیلتر کنند.

مردمک در آناتومی چشم، دهانه‌ای درون عنبیه است که نور قبل از رسیدن به عدسی و تمرکز بر روی شبکیه از طریق آن عبور می‌کند. اندازه دهانه توسط ماهیچه‌های عنبیه تنظیم می‌شود به این ترتیب که وقتی چشم در معرض نور شدید قرار می‌گیرد، این ماهیچه‌ها مردمک را تنگ کرده و در نور کم مردمک را گشاد می‌کنند.

عنبیه قسمت رنگی چشم است که به رنگ‌های مختلف مانند آبی، سبز، قهوه‌‏ای، عسلی و… می‏‌باشد. عمل اصلی عنبیه کنترل اندازه مردمک بوده و همانند دیافراگم در دوربین عکاسی، کنترل میزان نور ورودی به داخل چشم است، بطوری که روزها که نور محیط بیشتر است، مردمک کوچکتر و بالعکس شب‌ها بزرگتر می‌‏شود.

عدسي يك ساختمان شفاف در پشت عنبيه است كه در متمركز كردن دقيق پرتوهاي نور بر روي شبكيه به قرنيه كمك مي‌كند. ضخامت عدسي چشم در شرايط مختلف تغيير مي‌كند و بسته به آنكه شيء مورد نظر در چه فاصله‌اي از فرد قرار داشته باشد ضخامت عدسي كم و زياد مي‌شود. بنابراين فرد مي‌تواند اشياء را در فواصل مختلف (از بي نهايت تا حدود ۲۰ سانتي متري و گاهي نزديك‌تر) به طور واضح ببيند.

شبکیه یک صفحه نازک نیمه شفاف می‌باشد که از چند لایه بافت عصبی تشکیل شده است. شبکیه از میلیون‌ها سلول اختصاصی بنام سلول‌های مخروطی و استوانه‌ای تشکیل شده است که شعاع‌های نوری را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند و از طریق عصب بینایی به مغز منتقل می‌کنند. سلول‌های استوانه‌ای توانایی دید در نور کم و سلول‌های مخروطی توانایی دید رنگ‌ها را به ما می‌دهند.

صُلبیه  یا سفیدی چشم، پرده‌ای سفید و کدر در چشم است که از الیاف محکم ساخته شده و بخش اعظم کره چشم را دربر گرفته‌است. این بخش از چشم اثر مستقیمی در فرایند بینایی ندارد و در واقع همانند یک دیواره از اجزای درونی چشم محافظت می‌کند. رنگ صلبیه ممکن است در افراد مختلف متفاوت باشد.

مشاهده و انجام آزمایش در سایت آزتو

مشیمیه یکی از لایه‌های ساختمان چشم است که رنگ‌دانه‌دار و حاوی مویرگ‌های فراوانی است که تغذیه‌ی عنبیه و سلول‌های گیرنده‌ی نور شبکیه را بر عهده دارد. مشیمیه در جلوی چشم بخش رنگین آن، یعنی عنبیه را به وجود می‌آورد.

سلول‌های مخروطی بهترین عملکرد را در نور روشن دارند و در مرکز شبکیه متمرکز هستند. وظیفه این سلول‌ها برخلاف سلول‌های استوانه‌ای (که در نور کم کارایی بهتری دارند و نسبت به نور کم حساسیت بیشتری دارند) دید رنگی و عملکرد بهتر در نور نسبتاً درخشان است. در شکل زیر ساختمان چشم نشان داده شده است

چگونه می‌بینیم؟

نور تصویر اشیاء را در چشم می‌نشاند. اولین چیزی که نور هنگام ورود به چشم آن را لمس می‌کند، لایه نازکی از اشک است. پشت این لایه مرطوب، قرنیه چشم قرار دارد. این پوشش شفاف به تمرکز نور کمک می‌کند. نور پس از عبور از این لایه که زلالیه نام دارد، وارد مردمک می‌شود. باز شدن مردمک با عنبیه یا همان بخش رنگی چشم صورت می‌گیرد و میزان این بازشدگی به میزان ورود نور بستگی دارد. نور پس از آن به عدسی چشم می‌تابد که عملکرد آن مانند لنز دوربین است. عدسی پرتوهای نور را طوری خم می‌کند که تصویر چیزهایی که به آن نگاه می‌کنید، به صورت وارونه روی پرده پشت چشم شما تشکیل می‌شود. نام لایه پشت چشم شما شبکیّه است. نور در نهایت به پرده‌ای به نام شبکیه می‌تابد که در داخلی‌ترین قسمت کره چشم واقع شده‌است. شبکیه مانند صفحه فیلم خام دوربین فیلمبرداری یا فیلم دوربین عکاسی است. پرتوهای نوری پس از برخورد با پرده شبکیه در قالب پیام‌هایی عصبی به مغز منتقل و در آنجا تفسیر می‌شود. مغز این تصویر را دوباره سر و ته می‌کند تا شما آن را همان طور که واقعاً هست، ببینید. در شکل زیر نحوه دیدن اجسام نشان داده شده است.

چطور رنگ‌ها را می‌بینیم؟

 ما به کمک دو نوع حسگر میله‌ای و مخروطی موجود در شبکیه چشم می‌توانیم رنگ‌ها را ببینیم. با برخورد نور به اجسام (اگر رنگ نور را سفید در نظر بگیریم)، جسم بعضی از نورها رو جذب و بعضی را دفع می‌کند. در واقع نور بازتاب شده‌ای که به چشم ما میرسد رنگ همان جسم است.
مثلا اگر جسمی به رنگ سبز است در واقع نور سبز رو دفع می‌کند. برای دیدن باید نور کافی باشد، نور بعد از عبور از عنبیه و قرنیه و زلالیه و زجاجیه و عدسی در اخر به شبکه میرسد. شبکیه دارای گیرنده‌های استوانه و مخروطی است. این گیرنده‌ها به رنگ‌های خاصی حساس هستند.
استوانه‌ای به رنگ سیاه و سفید و مخلوطی به قرمز، ابی، سبز و… که همین باعث دیدن رنگ‌های مختلف می‌شود.

حسگرهای میله‌ای یا استوانه‌ای به نور کم حساسند در حالی که حسگرهای مخروطی به نور شدید واکنش نشان می‌دهند و در واقع این حسگرهای مخروطی هستند که رنگ را تشخیص می‌دهند، سپس پیامی به عصب‌های بینایی ارسال می‌کنند که آن نیز به مغز مخابره می‌شود.

مشاهده و انجام آزمایش در سایت آزتو

چشم انسان به‌طور طبیعی حدود ۱۲۰ میلیون حسگر میله‌ای و شش تا هفت میلیون حسگر مخروطی دارد؛ گرچه حسگرهای میله‌ای هزاربار حساس‌تر از حسگرهای مخروطی هستند، آنها به رنگ واکنش نشان نمی‌دهند و تنها می‌توانند تصاویر سیاه و سفید و سایه‌های متفاوتی از رنگ خاکستری را درک کنند. سه نوع حسگر مخروطی وجود دارد که هریک به ترتیب به طول موج کوتاه، متوسط و بلند حساس هستند. تعداد حسگرهای مخروطی در افرادی که به کوررنگی مبتلا هستند به نسبت افراد عادی کمتر است؛ بنابر این آنها رنگ‌ها را به درستی تشخیص نمی‌دهند. در شکل زیر نحوه دیدن رنگ‌ها نشان داده شده است.

تطابق

به منظور واضح دیدن یک جسم، به طور ناخودآگاه چشمان خود را مقابل آن می‌گیریم تا تصویر بر روی بخشی از شبکیه به نام نقطه‌ی زرد بیفتد. در این نقطه، بینایی حداکثر وضوح را دارد. تصاویری که دورتر از نقطه‌ی زرد تشکیل می‌شوند، وضوح کمتری دارند. در نقطه‌ای که عصب بینایی از چشم بیرون می‌رود، گیرنده‌ی حسی بینایی وجود ندارد و “نقطه‌ی کور” نامیده می‌شود. به منظور بهتر دیدن اجسام با فواصل گوناگون، تحدب عدسی چشم تغییر می‌کند. تغییر قطر عدسی برای رویت بهتر اجسام دور و یا نزدیک، تطابق نامیده می‌شود. تطابق یعنی متمرکز کردن نور بر روی شبکیه. جسم مژگانی با کمک ماهیچه‌های خود که به عدسی متصل است تحدب عدسی چشم را کم و زیاد می‌کند تا تصویر دقیقا بر روی شبکیه تشکیل شود. به این عمل تطابق گفته می‌شود. در صورت نگاه کردن به اجسام نزدیک تحدب عدسی بیشتر و هنگام نگاه کردن به اجسام دور تحدب عدسی کمتر است. در شکل زیر تطابق نشان داده شده است.

مشاهده و انجام آزمایش در سایت آزتو