ขีดจำกัดการมองเห็นของมนุษย์คืออะไร? (2024)

ขีด จำกัด สูงสุด |ชีววิทยา

(เครดิตรูปภาพ:

ส.ป.ล

)

ขีดจำกัดการมองเห็นของมนุษย์คืออะไร? (1)

โดย Adam Hadhazyวันที่ 27 กรกฎาคม 2558

Adam Hadhazy อธิบายว่าเหตุใดดวงตาของคุณจึงทำสิ่งที่เหลือเชื่อได้ ตั้งแต่การตรวจจับกาแลคซีที่อยู่ห่างออกไปหลายล้านปีแสงไปจนถึงการมองเห็นสีที่มองไม่เห็น

มองไปรอบ ๆ ห้อง - คุณเห็นอะไร? สีทั้งหมด ผนัง หน้าต่าง ทุกอย่างดูชัดเจนในตัวเอง แค่นั้นแหละ เป็นเรื่องแปลกที่จะคิดว่าวิธีที่เรารับรู้สภาพแวดล้อมที่อุดมสมบูรณ์นี้ทำให้อนุภาคแสงที่เรียกว่าโฟตอนกระเด็นออกจากวัตถุเหล่านี้และเข้าสู่ลูกตาของเรา

เขื่อนโทนิคนี้ถูกดูดซับโดยเซลล์ที่ไวต่อแสงประมาณ 126 ล้านเซลล์ ทิศทางและพลังงานที่แตกต่างกันของโฟตอนจะถูกแปลโดยสมองของเราเป็นรูปร่าง สี ความสว่างที่แตกต่างกัน ทั้งหมดนี้ทำให้โลกของเรามีสีสัน

ดวงตาของเราเป็นสิ่งมหัศจรรย์ แต่ก็มีขีดจำกัดพื้นฐาน

น่าประหลาดใจที่การมองเห็นของเรานั้นชัดเจนโดยไม่มีข้อจำกัดบางอย่าง เราไม่สามารถมองเห็นคลื่นวิทยุที่เล็ดลอดออกมาจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของเราได้มากไปกว่าการที่เราจะมองเห็นแบคทีเรียขนาดเล็กที่อยู่ใต้จมูกของเรา แต่ด้วยความก้าวหน้าทางฟิสิกส์และชีววิทยา เราสามารถทดสอบขีดจำกัดพื้นฐานของการมองเห็นตามธรรมชาติได้ Michael Landy ศาสตราจารย์ด้านจิตวิทยาและประสาทวิทยาแห่งมหาวิทยาลัยนิวยอร์กกล่าวว่า "ทุกสิ่งที่คุณสามารถมองเห็นได้นั้นมีเกณฑ์ ระดับต่ำสุดที่สูงกว่าที่คุณทำได้และต่ำกว่าที่คุณทำไม่ได้"

ขีดจำกัดการมองเห็นของมนุษย์คืออะไร? (2)

เซลล์รูปกรวยให้สีในขณะที่เซลล์รูปแท่งช่วยให้เรามองเห็นเป็นสีเทาในสภาพแสงน้อย (Credit: SPL)

เราจะอธิบายเกณฑ์การเห็นเหล่านี้ในขั้นต้นผ่านเลนส์ - สิ่งที่เราหลายคนนึกถึงเป็นอันดับแรกเมื่อเราพิจารณาการมองเห็น: สี

เหตุใดเราจึงรับรู้สีม่วงกับสีแดงชาดขึ้นอยู่กับพลังงานหรือความยาวคลื่นของโฟตอนที่กระทบกับเรตินาของเรา ซึ่งอยู่ที่ด้านหลังลูกตา ที่นั่น เรามีเซลล์รับแสงสองประเภท เรียกว่า เซลล์รูปแท่งและเซลล์รูปกรวย เซลล์รูปกรวยให้สี ในขณะที่เซลล์รูปแท่งช่วยให้เรามองเห็นในระดับสีเทาในสภาพแสงน้อย เช่น ในเวลากลางคืน

ออปซินหรือโมเลกุลเม็ดสีในเซลล์เรตินาจะดูดซับพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจากการกระทบกับโฟตอน ทำให้เกิดแรงกระตุ้นทางไฟฟ้า สัญญาณดังกล่าวจะเดินทางผ่านเส้นประสาทตาไปยังสมอง ซึ่งเป็นที่ที่การรับรู้สีและจินตภาพที่มีสติสัมปชัญญะถูกสร้างขึ้น

ผู้ที่มีอาการที่เรียกว่า aphakia มีการมองเห็นรังสีอัลตราไวโอเลต

เรามีเซลล์รูปกรวยสามประเภทและออพซินที่สอดคล้องกัน และแต่ละจุดมีความไวต่อโฟตอนที่มีความยาวคลื่นเฉพาะ เซลล์รูปกรวยเหล่านี้เรียกว่า S, M และ L สำหรับความยาวคลื่นสั้น กลาง และยาว ความยาวคลื่นที่สั้นกว่าเรารับรู้ได้ว่าเป็นสีน้ำเงิน ในขณะที่ความยาวคลื่นที่ยาวกว่าจะมีสีแดงมากกว่า ความยาวคลื่นทั้งหมดระหว่างนั้น (และรวมกัน) ทำให้เกิดรุ้งกินน้ำเต็มตา "แสงทั้งหมดที่เราเห็น ยกเว้นแสงที่สร้างขึ้นด้วยปริซึมเทียมหรืออุปกรณ์แฟนซีบางอย่าง เช่น เลเซอร์ เป็นส่วนผสมของความยาวคลื่นหลายช่วง" แลนดี้กล่าว

จากความยาวคลื่นโฟตอนที่เป็นไปได้ทั้งหมด เซลล์รูปกรวยของเราตรวจพบแต่เศษไม้เล็กๆ โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงประมาณ 380 ถึง 720 นาโนเมตร ซึ่งเราเรียกว่าสเปกตรัมที่มองเห็นได้ ใต้แถบการรับรู้ที่แคบของเราคือสเปกตรัมอินฟราเรดและคลื่นวิทยุ โดยช่วงหลังมีความยาวคลื่นที่ยาวกว่าและมีพลังน้อยกว่า ซึ่งมีตั้งแต่ความยาวหนึ่งมิลลิเมตรไปจนถึงกิโลเมตร

ขีดจำกัดการมองเห็นของมนุษย์คืออะไร? (3)

(เครดิต: Thinkstock)

เหนือสเปกตรัมที่มองเห็นของเราไปสู่พลังงานที่สูงขึ้นและความยาวคลื่นที่สั้นลง เราพบแถบรังสีอัลตราไวโอเลต จากนั้นเป็นรังสีเอกซ์ ปิดท้ายด้วยสเปกตรัมของรังสีแกมมา ซึ่งมีความยาวคลื่นอยู่ในช่วงล้านล้านส่วนในหนึ่งเมตร

เราทุกคนสามารถมองเห็นโฟตอนอินฟราเรดได้

ในขณะที่พวกเราส่วนใหญ่ถูกจำกัดให้อยู่ในสเปกตรัมที่มองเห็นได้ คนที่มีอาการที่เรียกว่า aphakia จะมีการมองเห็นรังสีอัลตราไวโอเลต Aphakia คือการไม่มีเลนส์เนื่องจากการผ่าตัดต้อกระจกหรือความพิการแต่กำเนิดออก โดยปกติแล้วเลนส์จะปิดกั้นแสงอัลตราไวโอเลต ดังนั้นหากไม่มีแสงนี้ ผู้คนจึงสามารถมองเห็นได้ไกลกว่าช่วงสเปกตรัมที่มองเห็นได้ และรับรู้ความยาวคลื่นได้ถึง 300 นาโนเมตรว่าเป็นสีฟ้า-ขาว

การศึกษาในปี 2014 ชี้ให้เห็นว่าในลักษณะการพูดเราทุกคนสามารถมองเห็นโฟตอนอินฟราเรดได้, ด้วย. หากโฟตอนอินฟราเรดสองตัวชนเข้ากับเซลล์เรตินาเกือบพร้อมๆ กัน พลังงานของพวกมันสามารถรวมกัน เปลี่ยนจากความยาวคลื่นที่มองไม่เห็น เช่น 1,000 นาโนเมตรเป็น 500 นาโนเมตรที่มองเห็นได้ (สีเขียวเย็นตาคนส่วนใหญ่)

เรามองเห็นได้กี่สี?

ตาของมนุษย์ที่แข็งแรงมีเซลล์รูปกรวยสามประเภท ซึ่งแต่ละประเภทสามารถบันทึกเฉดสีที่แตกต่างกันได้ประมาณ 100 เฉดสี ดังนั้นนักวิจัยส่วนใหญ่จึงคาดคะเนจำนวนสีที่เราสามารถแยกแยะได้ประมาณหนึ่งล้านสี ถึงกระนั้น การรับรู้สีเป็นความสามารถเชิงอัตวิสัยที่แตกต่างกันไปในแต่ละคน จึงทำให้ยากต่อการระบุตัวเลขที่ยากและรวดเร็ว

จำนวนสีโดยเฉลี่ยที่เราสามารถแยกแยะได้คือประมาณหนึ่งล้านสี

Kimberly Jameson นักวิทยาศาสตร์โครงการร่วมที่ University of California, Irvine กล่าวว่า "คุณคงรู้สึกลำบากใจที่จะใส่ตัวเลขลงไป "สิ่งที่อาจเป็นไปได้กับคนๆ หนึ่ง เป็นเพียงเศษเสี้ยวของสีที่อีกคนมองเห็น"

ขีดจำกัดการมองเห็นของมนุษย์คืออะไร? (4)

บางคนสามารถมองเห็นได้ในรังสีอัลตราไวโอเลต แต่หลังจากการผ่าตัดตาเท่านั้น (Credit: SPL)

เจมสันรู้ว่าเธอกำลังพูดถึงอะไร เมื่อพิจารณาจากผลงานของเธอ"tetrachromats" ผู้ที่มีการมองเห็นเหนือมนุษย์. บุคคลหายากเหล่านี้ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นผู้หญิง มีการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรม ทำให้มีเซลล์รูปกรวยพิเศษเซลล์ที่สี่ จากการประมาณคร่าว ๆ ตามจำนวนกรวยพิเศษเหล่านี้ เตตระโครมาตอาจมองเห็นสีได้ 100 ล้านสี (คนที่ตาบอดสีหรือไดโครมาตจะมีกรวยเพียงสองอันและมองเห็นสีได้มากถึง 10,000 สี)

จำนวนโฟตอนที่น้อยที่สุดที่เราต้องการเห็นคือเท่าใด

เพื่อให้การมองเห็นสี เซลล์รูปกรวยมักต้องการแสงในการทำงานมากกว่าเซลล์ลูกพี่ลูกน้องซึ่งก็คือแท่ง นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมในสถานการณ์ที่มีแสงน้อย สีจึงลดลงเนื่องจากแท่งสีเดียวเข้ามาทำหน้าที่ในการมองเห็น

ในสภาพห้องปฏิบัติการที่เหมาะสมที่สุดและในสถานที่บนเรตินาซึ่งไม่มีเซลล์รูปแท่งเป็นส่วนใหญ่ เซลล์รูปกรวยสามารถเปิดใช้งานได้เมื่อกระทบกับโฟตอนเพียงไม่กี่ตัว แม้ว่าเซลล์แบบร็อดเซลล์จะทำได้ดีกว่าในการรับแสงรอบข้างที่มีอยู่ จากการทดลองที่ดำเนินการครั้งแรกในปี 1940 แสงเพียงปริมาณเดียวก็เพียงพอที่จะกระตุ้นการรับรู้ของเราได้ Brian Wandell ศาสตราจารย์ด้านจิตวิทยาและวิศวกรรมไฟฟ้าแห่ง Stanford กล่าวว่า "ผู้คนสามารถตอบสนองต่อโฟตอนเพียงตัวเดียวได้ "ไม่มีประโยชน์อะไรที่จะต้องอ่อนไหวไปกว่านี้อีกแล้ว"

ขีดจำกัดการมองเห็นของมนุษย์คืออะไร? (5)

ขีดจำกัดการมองเห็นของคุณคืออะไร? (เครดิต: Thinkstock)

ในปี 1941 นักวิจัยของมหาวิทยาลัยโคลัมเบียได้นำอาสาสมัครเข้าไปในห้องที่มืดมิดและให้เวลาพวกเขาปรับสายตา เซลล์ร็อดใช้เวลาหลายนาทีเพื่อให้ได้ความไวเต็มที่ ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้เรามีปัญหาในการมองเห็นเมื่อไฟดับในครั้งแรก

จากนั้นนักวิจัยก็ฉายแสงสีเขียวอมฟ้าไปที่หน้าของอาสาสมัคร ในอัตราที่ดีกว่าโอกาส ผู้เข้าร่วมสามารถตรวจจับแสงแฟลชได้เมื่อมีโฟตอนเพียง 54 โฟตอนที่มาถึงตาของพวกเขา

หลังจากชดเชยการสูญเสียโฟตอนที่ผ่านการดูดซึมโดยส่วนประกอบอื่นๆ ในดวงตา นักวิจัยพบว่าโฟตอนเพียงห้าตัวที่กระตุ้นแท่งห้าแท่งที่แยกจากกันทำให้ผู้เข้าร่วมรับรู้แสงได้

อะไรเล็กที่สุดและไกลที่สุดที่เรามองเห็น?

ต่อไปนี้คือความจริงที่อาจทำให้คุณประหลาดใจ: ไม่มีขีดจำกัดที่แท้จริงสำหรับสิ่งที่เล็กที่สุดหรือไกลที่สุดที่เรามองเห็น ตราบใดที่วัตถุไม่ว่าขนาด ระยะทาง หรือความสั้นจะส่งโฟตอนไปยังเซลล์เรตินา เราก็สามารถสอดแนมได้

ขีดจำกัดการมองเห็นของมนุษย์คืออะไร? (6)

การมองเห็นลดลงในระยะไกล (Credit: Thinkstock)

"สิ่งที่ดวงตาใส่ใจในการมองเห็นคือปริมาณแสงที่ตกกระทบดวงตา" แลนดี้กล่าว "มันเป็นเพียงจำนวนโฟตอนทั้งหมด คุณจึงสร้าง [แหล่งกำเนิดแสง] ให้มีขนาดเล็กและสั้นจนน่าขันได้ แต่ถ้าโฟตอนมีปริมาณมาก คุณก็ยังมองเห็นได้"

ตัวอย่างเช่น ตำราจิตวิทยากล่าวไว้เป็นประจำว่าในคืนที่อากาศแจ่มใสและมืดมิด เปลวเทียนจะมองเห็นได้ไกลถึง 48 กิโลเมตร ในทางปฏิบัติ แน่นอน ดวงตาของเราถูกโฟตอนไหลเข้าท่วมเป็นประจำ ดังนั้นปริมาณแสงที่หลงทางจากระยะไกลจึงหายไปในการล้าง "เมื่อคุณเพิ่มความเข้มของแบ็คกราวด์ ปริมาณแสงพิเศษที่คุณต้องการเพื่อให้เห็นบางสิ่งบางอย่างเพิ่มขึ้น" แลนดี้กล่าว

ตำราจิตวิทยากล่าวว่าในคืนที่อากาศแจ่มใสและมืดมิด เปลวเทียนสามารถเห็นได้ไกลถึง 48 กิโลเมตร

ท้องฟ้ายามค่ำคืนที่มีฉากหลังเป็นสีดำเต็มไปด้วยดวงดาว เป็นตัวอย่างที่น่าตกใจของการมองเห็นระยะไกล ดาวมีขนาดใหญ่มาก หลายแห่งที่เราเห็นในท้องฟ้ายามค่ำคืนมีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายล้านกิโลเมตร อย่างไรก็ตาม แม้แต่ดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ที่สุดก็ยังอยู่ห่างออกไปมากกว่า 24 ล้านล้านไมล์ ดังนั้นขนาดที่เล็กลงจนตาเราไม่สามารถแก้ไขได้ ดูเถิด เรายังคงเห็นดาวฤกษ์เป็น "จุดกำเนิด" ของแสงที่รุนแรงและเป็นประกาย เนื่องจากโฟตอนของพวกมันข้ามพื้นที่กว้างใหญ่ของจักรวาลและกระทบกับเรตินาของเรา

ขีดจำกัดการมองเห็นของมนุษย์คืออะไร? (7)

ตราบใดที่บางสิ่งมีความสว่างมากพอ คุณก็จะมองเห็นได้จากระยะไกลหลายปีแสง (Credit: SPL)

ดวงดาวทุกดวงที่เราเห็นบนท้องฟ้ายามค่ำคืนอยู่ในกาแลคซีของเรา - ทางช้างเผือก วัตถุที่อยู่ไกลที่สุดที่เรามองเห็นได้ด้วยตาเปล่านั้นอยู่นอกดาราจักรของเรา นั่นคือดาราจักรแอนดรอมิดา ซึ่งอยู่ห่างจากเรา 2.5 ล้านปีแสง หรือเย็นกว่า 23 quintillion ไมล์ (แต่เป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่า ผู้ที่มีสายตาเฉียบคมบางคนอ้างว่าได้เห็น Triangulum Galaxy ในสภาวะท้องฟ้ายามค่ำคืนที่มืดมิดเป็นพิเศษ ซึ่งอยู่ห่างออกไปประมาณสามล้านปีแสง แต่เราต้องยอมรับคำพูดของพวกเขา)

บางคนอ้างว่าได้เห็นกาแลคซีอยู่ห่างออกไปสามล้านปีแสง

ดาวหลายล้านดวงในกาแล็กซีแอนโดรมีดา เนื่องจากมีระยะทางไกลมาก จึงรวมกันเป็นดวงเดียวที่ส่องสว่างอย่างเลือนลางบนท้องฟ้า ที่กล่าวว่า Andromeda Galaxy มีขนาดมหึมา ในแง่ของขนาดที่ปรากฏ แม้จะอยู่ห่างออกไปหลายล้านล้านไมล์ กาแล็กซีก็มีความกว้างเป็นหกเท่าของดวงจันทร์เต็มดวง แต่มีโฟตอนเพียงไม่กี่ตัวที่มาถึงตาของเราจนทำให้สัตว์บนท้องฟ้าตัวนี้กลายเป็นสลัว

เรามองเห็นได้ชัดเจนแค่ไหน?

อย่างไรก็ตาม เหตุใดเราจึงเลือกดาวแต่ละดวงในดาราจักรแอนดรอมิดาไม่ได้ ขีดจำกัดของความละเอียดภาพหรือความคมชัดของเราเข้ามามีบทบาทที่นี่ ความสามารถในการมองเห็นคือความสามารถในการแยกแยะรายละเอียด เช่น จุดหรือเส้นที่แยกจากกันโดยที่ไม่เบลอเข้าด้วยกัน

ดังนั้น คุณอาจคิดว่าขีดจำกัดของความรุนแรงคือจำนวน "พิกเซล" ที่เรามองเห็นได้

ปัจจัยหลายอย่างกำหนดขอบเขตของการมองเห็น เช่น ระยะห่างระหว่างกรวยและแท่งที่บรรจุบนเรตินา ออปติคของลูกตาเอง ซึ่งดังที่เราได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้จะป้องกันไม่ให้โฟตอนที่มีอยู่ทั้งหมดมากระทบกับเซลล์รับแสงก็มีความสำคัญเช่นกัน

ขีดจำกัดการมองเห็นของมนุษย์คืออะไร? (8)

แผนภูมิตาทดสอบความสามารถของเราในการมองเห็นความแตกต่างของขาวดำที่เป็นตัวอักษร (Credit: Thinkstock)

จากการศึกษาในทางทฤษฎีพบว่า สิ่งที่ดีที่สุดที่เราทำได้คือประมาณ 120 พิกเซลต่อองศาของส่วนโค้ง ซึ่งเป็นหน่วยของการวัดเชิงมุม ซึ่งทำได้ประมาณเล็บมือที่มีความยาวเท่าแขน โดยมีเส้นแนวนอน 60 เส้นและเส้นแนวตั้ง 60 เส้นบนเล็บ สลับเป็นขาวดำเพื่อสร้างลายตารางหมากรุก "นั่นคือรูปแบบที่ดีที่สุดที่คุณเคยเห็น" Landy กล่าว

การทดสอบการมองเห็น เช่น แผนภูมิตา Snellen ยอดนิยมที่ช่างประกอบแว่นตาของคุณพร้อมตัวอักษรที่เล็กลงเรื่อยๆ ก็ใช้หลักการเดียวกัน แผนภูมิจะวัดจุดที่บางคนไม่สามารถแยกช่องว่างสีขาวในตัวอักษรสีดำได้อีกต่อไป เช่น แยกความแตกต่างระหว่างตัวพิมพ์ใหญ่ F จากตัวพิมพ์ใหญ่ P เป็นต้น ขีดจำกัดความรุนแรงเหล่านี้ช่วยอธิบายว่าทำไมเราจึงไม่สามารถแยกแยะและโฟกัสไปที่เซลล์ชีวภาพเพียงเซลล์เดียวที่มืดสลัวซึ่งมีขนาดเพียงไมโครเมตร

แต่อย่าขายตัวให้สั้น ล้านสี; โฟตอนเดี่ยว อาณาจักรกาแลคซีอยู่ไกลออกไป quintillion ไมล์ - ไม่เลวสำหรับหยดเยลลี่ในเบ้าตาของเราซึ่งเชื่อมต่อกับฟองน้ำ 1.4 กิโลกรัมในกะโหลกศีรษะของเรา

ตามเรามาบนเฟสบุ๊ค,ทวิตเตอร์,Google+และลิงค์อิน

;
ขีดจำกัดการมองเห็นของมนุษย์คืออะไร? (2024)

References

Top Articles
Latest Posts
Article information

Author: Rueben Jacobs

Last Updated:

Views: 5790

Rating: 4.7 / 5 (57 voted)

Reviews: 80% of readers found this page helpful

Author information

Name: Rueben Jacobs

Birthday: 1999-03-14

Address: 951 Caterina Walk, Schambergerside, CA 67667-0896

Phone: +6881806848632

Job: Internal Education Planner

Hobby: Candle making, Cabaret, Poi, Gambling, Rock climbing, Wood carving, Computer programming

Introduction: My name is Rueben Jacobs, I am a cooperative, beautiful, kind, comfortable, glamorous, open, magnificent person who loves writing and wants to share my knowledge and understanding with you.