Представления древних и Ньютон

     Удивительно мало знали о свете наши далекие предки. Со времен Древней Греции через все средние века прошла теория «зрительных лучей». Платон, Евклид, Птолемей считали, что из глаз исходит «кроткий огонь», который, соединяясь со жгучим огнем и светом, переносит обратно в глаз изображение освещенного предмета. Но даже с помощью такой фантастической «теории» в Древней Греции были разработаны совершенно правильные принципы прямолинейного распространения и отражения света от плоских и сферических зеркал.      Долгие века ничего не знал человек ни об устройстве глаза, ни о цвете, ни о природе света.      Но явился Исаак Ньютон!      Я не хочу сказать, что со времен золотого века Эллады до Ньютона никто не за…

Божественная суть

     Последняя часть знаменитой «Исповеди» Августина (вся тринадцатая книга) посвящена толкованию приведенного нами отрывка. Основное внимание Августин уделяет попыткам объяснить, что это за свет был создан в первый день творения, когда еще не было небесных светил, «чтобы светить на землю».      Августин был первым после рождества Христова, кто смело отделил божественный свет от материального. Первичный свет, созданный Богом в первый день творения, говорил он, не есть свет, видимый нашими глазами, но внутренний свет божественной истины. «И вот мы были когда-то тьмою, а теперь стали светом во Господе,— восклицает он.— В свете этом мы ходим верою, а не видением». Но есть другой свет, создаваемый небесными светилами: «Луна и звезды светят ночью, но но…

Принцип эхолокации

     Благодаря относительно невысокой по сравнению со светом скорости распространения ультразвука для целей медицинской интроскопии технически выгодней использовать принцип эхолокации. Пьезоэлектрический датчик посылает короткий пакет ультразвукового излучения в тело. Затем с помощью этого же датчика регистрируется отраженный сигнал. Если сделать линейку таких датчиков, плотно размещенных друг возле друга, можно получить распределение отраженных сигналов в плоскости движения ультразвуковой волны. По времени прихода сигнала можно с определенной точностью судить о расстоянии до точки отражения.      Вместо линейки можно использовать один-единственный датчик, качающийся туда-сюда как маятник либо вращающийся, что особенно выгодно, если он вводится вну…

Получение ультразвука

     Сегодня принято считать, что звук распространяется в воздухе со скоростью 331 м/с при 0 0 С, что соответствует примерно 1200 км/ч. Скорость распространения звуковой волны зависит от упругости среды, через которую она проходит, то есть от быстроты, с которой могут раскачиваться молекулы вещества, передавая звуковую волну от точки к точке.      Длина волны слышимого звука, частота которого составляет от 16 Гц до 16 кГц, малопригодна для интроскопии. Нота седо» первой октавы имеет частоту 264 колебания в секунду. Разделив скорость в секунду на частоту, точно так же, как мы это делали для света, получим длину волны 331 : 264 = 1,25 м. В соответствии с правилом Релея такая волна не может ощутимо измениться при встрече с препятствием менее 1 м. След…

Интроскопическое литературное наследство

     Ряд страниц посвящен интроскопии в уже цитированной книге воспоминаний профессора П. К. Ощепкова «Жизнь и мечта». В 1981 году в издательстве «Энергия» выпущена серьезная книга кандидата физико-математических наук В. И. Рыдника «Увидеть невидимое», посвященная современной микроскопии и методам анализа вещества. Отчасти и по этой причине мы не будем касаться техники для анализа веществ и материалов в нашем дальнейшем повествовании.      Нельзя не упомянуть еще одной замечательной монографии ведущего специалиста по телевидению из США профессора Альберта Роуза «Зрение человека и электронное зрение» (М.: Мир, 1977), название которой четко определяет ее содержание. Это очень хорошая книга, но она по зубам лишь студентам технических специальностей, и…

Несколько слов о литературных предшественниках

     В научной работе считается дурным тоном не упомянуть тех, кто работал до тебя. И хотя на этот раз речь идет о труде научно-популярном, автор останется верен традициям, в которых воспитан.      Нельзя сказать, чтобы особенностям человеческого видения не уделяли внимания в литературе для массового читателя. Много писал об этом замечательный популяризатор науки Я. И. Перельман в своих занимательных книгах; кое-что О. Д. Хвольсон в книге «Физика для всех». Недостижимым образцом для популяризаторов науки остается изумительная книга академика С. И. Вавилова «Глаз и солнце». Упомянем и выпущенную издательством «Знание» в 1979 году книгу В. Б. Демидова «Как мы видим то, что видим?»      Особенно везло рентгеновским лучам — таинств…

Эксперименты

     Сложными опытами с микроэлектродами, вводимыми в нейроны мозга кошки, американцы Д. Хюбел и Т. Визел в 1961 году обнаружили в зрительных центрах коры рецептивные поля различной сложности. Простое рецептивное поле формирует на выходе сигнал при предъявлении глазу прямых линий. Более сложные поля регистрируют более сложные линии, например дугу, угол, и их перемещение. И наконец, сверхсложные поля, реагирующие на комбинации более простых полей, способны выдавать сигнал при наклоне линии, регистрировать определенный размер линии на сетчатке и т. д. Таких полей очень много, наверное, сотни тысяч, хотя их никто не сосчитал.     Таким образом, можно предположить, что мозг разлагает изображение на элементарные составляющие, комбинация которых и формирует в…

Познавательные функции мозга

     Мы очень мало знаем о познавательных функциях мозга, во-первых, из-за его умопомрачительной сложности, во-вторых, из-за крайней трудности проведения достаточно чистого эксперимента. Любое введение в мозг электродов или других датчиков, которые бы смогли сигнализировать о его деятельности, всегда нарушает его нормальную работу. Один из широко используемых способов что-то выяснить — это метод черного ящика. Черному ящику, т. е. в нашем случае зрительному анализатору, нечто предъявляется на вход, а на выходе ответная реакция регистрируется. Скажем, предъявляют оператору картинки и оценивают, что он увидел за разные интервалы времени. Но и при этом методе экспериментатору чрезвычайно сложно провести опыт чисто из-за многочисленных побочных связей, ассоциаций, предвари…

Реальные кванты

     Перейдем теперь к реальным квантам. Их отличие от шариков в нашем мысленном эксперименте заключается в том, что мы никогда с абсолютной точностью не можем предсказать, сколько квантов в определенный интервал времени будет получено. Дело в том, что квант излучается, если существует электронное возбуждение, вызванное нагревом, бомбардировкой электронами или другими более высокоэнергетическими фотонами. Такое возбужденное состояние имеет определенное время жизни. Квант электромагнитной энергии может быть испущен в любой момент в течение этого времени жизни. И невозможно предсказать, в какой. Это равносильно событиям в нашем случае с шариками, их в один момент времени наблюдения может быть 202, а в другой — 198. Таким образом, при одном наблюдении мы почувствуем разни…

Сложность проблемы

     Не один десяток диссертационных работ защищен по проблемам исследования качества изображений, получаемых с помощью интроскопических приборов. Значительно больше таких работ впереди.      Вопрос еще более усложняется, если вспомнить, что излучение, которое формирует изображение, имеет квантовую природу, то есть испускается отдельными порциями.      Представим себе, как представляли это сторонники парциальной теории света, что любое изображение, не обязательно оптическое, состоит из белых шариков, которые укладываются на черное шахматное поле. Размеры шариков значительно меньше квадратов черного поля, и в каждый квадрат шарики укладываются произвольно. Наша задача состоит в том, чтобы определить отличие яркости одного квадра…

Дар Сегелиеля

     Теперь нам должно быть ясно, почему доктор Сегелиель при всем своем могуществе не мог сделать Киприяно всевидящим. Я уж не говорю, что если бы он даже и сумел расширить энергетический спектр зрения Киприяно (хотя мы убедительно показали, что это, с одной стороны, малополезно, с другой — весьма затруднительно), несчастный поэт все равно мало что увидел бы внутри своей Шарлот ты. Инфракрасное излучение глубоко лежащих органов почти полностью поглощается соседними и практически не выходит наружу, ближний солнечный ультрафиолет не проникает внутрь, а других излучений (кроме очень длинных электромагнитных волн, вызываемых электрическими возбуждениями мышечных и нервных систем,— с их помощью невозможно «увидеть» тела малых размеров по принципу Релея) в организме пока не…

Энергетический спектр излучения

     Энергетический спектр излучения, прошедшего через атмосферу, слегка зависит от его расположения над горизонтом и от времени года, но во всех случаях имеет пологий максимум между длинами волн 400 и 800 нм, т. е. как раз в диапазоне видимости наших глаз. Более короткие ультрафиолетовые лучи почти полностью поглощаются атмосферой. Поэтому нам нет необходимости их видеть. Кстати говоря, сетчатка глаза весьма чувствительна к ближнему ультрафиолетовому излучению, однако оно целиком поглощается хрусталиком и внутриглазной жидкостью, защищая сетчатку от вредного разрушительного действия той части ультрафиолетового излучения, которая все же проникает через атмосферу.      Так что расширение чувствительности глаз Киприяно в область коротких длин волн не…

Безумство новых идей

     Сейчас, в конце XX века, когда все знают, что энергия — это масса, умноженная на квадрат скорости света, подобная ограниченность самых выдающихся ученых века кажется невероятной.      Но вспомним известную фразу Нильса Бора по поводу той же теории Гейзенберга: «Теория эта безумна, но достаточно ли она безумна, чтобы быть правильной?» Все знают эту фразу, но большинство воспринимают ее как некий парадокс, шутку, игру ума гения. Между тем в ней содержится обобщение той драматической ситуации, когда ломались столетиями устоявшиеся представления о мире. А ведь для физика это не просто представления, это его жизнь, это каждодневный инструмент его работы. Школьнику наших дней, которому все равно, Эйнштейна формула или Ньютона,— и ту и другую зубрить…

События развиваются

     События развивались с такой стремительной быстротой, так неудержимо рушились гипотезы и создавались новые, что многие главные действующие лица этой драмы не раз были близки к отчаянию. Знаменитый Лоренц, автор ряда основополагающих уравнений теории относительности, в один из приступов меланхолии совершенно серьезно пожалел, что не умер до крушения классической физики. В. К. Рентген яростно боролся против электрона, который и явился первоисточником открытых им лучей. Много лет он запрещал в своей лаборатории даже упоминание этого «вредного» слова. А Макс Планк? Человек, установивший зависимость между энергией и длиной волны, то есть, по существу, предсказавший наличие квантовых свойств у электромагнитного излучения, через тринадцать лет после своего открытия писал …