Чем больше этого тем больше мы видим
Каковы пределы человеческого зрения?
В сетчатке каждого из наших глаз расположено примерно 126 млн светочувствительных клеток. Мозг расшифровывает получаемую от этих клеток информацию о направлении и энергии попадающих на них фотонов и превращает ее в разнообразие форм, цветов и интенсивности освещения окружающих предметов.
У человеческого зрения есть свои пределы. Так, мы не способны ни увидеть радиоволны, излучаемые электронными устройствами, ни разглядеть невооруженным глазом мельчайшие бактерии.
Сперва рассмотрим этот порог с точки зрения нашей способности различать цвета — пожалуй, самой первой способности, которая приходит на ум применительно к зрению.
Колбочки отвечают за цветовосприятие, а палочки помогают нам видеть оттенки серого цвета при низком освещении
Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.
Конец истории Подкаст
В человеческом глазе есть три вида колбочек и соответствующее им число типов опсинов, каждый из которых отличается особой чувствительностью к фотонам с определенным диапазоном длин световых волн.
Колбочки S-типа чувствительны к фиолетово-синей, коротковолновой части видимого спектра; колбочки M-типа отвечают за зелено-желтую (средневолновую), а колбочки L-типа — за желто-красную (длинноволновую).
Автор фото, Thinkstock
Не весь спектр полезен для наших глаз.
Из всех существующих в природе фотонов наши колбочки способны фиксировать лишь те, которые характеризуются длиной волн в весьма узком диапазоне (как правило, от 380 до 720 нанометров) – это и называется спектром видимого излучения. Ниже этого диапазона находятся инфракрасный и радиоспектры – длина волн низкоэнергетических фотонов последнего варьируется от миллиметров до нескольких километров.
В здоровом глазе хрусталик блокирует волны ультрафиолетового диапазона, но при его отсутствии человек способен воспринимать волны длиной примерно до 300 нанометров как бело-голубой цвет.
В исследовании 2014 г. отмечается, что в каком-то смысле мы все можем видеть и инфракрасные фотоны. Если два таких фотона практически одновременно попадут на одну и ту же клетку сетчатки, их энергия может суммироваться, превратив невидимые волны длиной, скажем, в 1000 нанометров в видимую волну длиной в 500 нанометров (большинство из нас воспринимает волны этой длины как холодный зеленый цвет).
Сколько цветов мы видим?
В глазе здорового человека три типа колбочек, каждый из которых способен различать около 100 различных цветовых оттенков. По этой причине большинство исследователей оценивает количество различаемых нами цветов примерно в миллион. Однако восприятие цвета очень субъективно и индивидуально.
Сколько нам нужно фотонов, чтобы увидеть источник света?
Как правило, колбочкам для оптимального функционирования требуется гораздо больше света, чем палочкам. По этой причине при низком освещении наша способность различать цвета падает, а за работу принимаются палочки, обеспечивающие черно-белое зрение.
В идеальных лабораторных условиях на тех участках сетчатки, где палочки по большей части отсутствуют, колбочки могут активироваться при попадании на них всего нескольких фотонов. Однако палочки справляются с задачей регистрации даже самого тусклого света еще лучше.
После операции на глазе некоторые люди приобретают способность видеть ультрафиолетовое излучение
В 1941 г. исследователи из Колумбийского университета провели эксперимент – испытуемых заводили в темную комнату и давали их глазам определенное время на адаптацию. Для достижения полной чувствительности палочкам требуется несколько минут; именно поэтому, когда мы выключаем в помещении свет, то на какое-то время теряем способность что-либо видеть.
Затем в лицо испытуемым направляли мигающий сине-зеленый свет. С вероятностью выше обычной случайности участники эксперимента регистрировали вспышку света при попадании на сетчатку всего 54 фотонов.
Не все фотоны, достигающие сетчатки, регистрируются светочувствительными клетками. Учитывая это обстоятельство, ученые пришли к выводу, что всего пяти фотонов, активирующих пять разных палочек в сетчатке, достаточно, чтобы человек увидел вспышку.
Самый маленький и самый удаленный видимые объекты
Следующий факт может вас удивить: наша способность увидеть объект зависит вовсе не от его физических размеров или удаления, а от того, попадут ли хотя бы несколько излучаемых им фотонов на нашу сетчатку.
Автор фото, Thinkstock
Глазу достаточно небольшого количества фотонов, чтобы увидеть свет
В учебниках по психологии часто встречается утверждение о том, что в безоблачную темную ночь пламя свечи можно заметить с расстояния до 48 км. В реальности же наша сетчатка постоянно бомбардируется фотонами, так что один-единственный квант света, излученный с большого расстояния, просто затеряется на их фоне.
Чтобы представить себе, насколько далеко мы способны видеть, взглянем на ночное небо, усеянное звездами. Размеры звезд огромны; многие из тех, что мы наблюдаем невооруженным взглядом, достигают миллионов км в диаметре.
Однако даже самые близкие к нам звезды расположены на расстоянии свыше 38 триллионов километров от Земли, поэтому их видимые размеры настолько малы, что наш глаз не способен их различить.
С другой стороны, мы все равно наблюдаем звезды в виде ярких точечных источников света, поскольку испускаемые ими фотоны преодолевают разделяющие нас гигантские расстояния и попадают на нашу сетчатку.
Автор фото, Thinkstock
Острота зрения снижается по мере увеличения расстояния до объекта
Все отдельные видимые звезды на ночном небосклоне находятся в нашей галактике – Млечном Пути. Самый удаленный от нас объект, который человек в состоянии разглядеть невооруженным глазом, расположен за пределами Млечного Пути и сам представляет собой звездное скопление – это Туманность Андромеды, находящаяся на расстоянии в 2,5 млн световых лет, или 37 квинтильонов км, от Солнца. (Некоторые люди утверждают, что особо темными ночами острое зрение позволяет им увидеть Галактику Треугольника, расположенную на удалении около 3 млн световых лет, но пусть это утверждение останется на их совести.)
Туманность Андромеды насчитывает один триллион звезд. Из-за большой удаленности все эти светила сливаются для нас в едва различимое пятнышко света. При этом размеры Туманности Андромеды колоссальны. Даже на таком гигантском расстоянии ее угловой размер в шесть раз превышает диаметр полной Луны. Однако до нас долетает настолько мало фотонов из этой галактики, что она едва различима на ночном небе.
Предел остроты зрения
Почему же мы не способны разглядеть отдельные звезды в Туманности Андромеды? Дело в том, что у разрешающей способности, или остроты, зрения есть свои ограничения. (Под остротой зрения подразумевается способность различать такие элементы, как точка или линия, как отдельные объекты, не сливающиеся с соседними объектами или с фоном.)
Фактически остроту зрения можно описывать так же, как и разрешение компьютерного монитора — в минимальном размере пикселей, которые мы еще способны различать как отдельные точки.
Афоризмы и изречения
«Любовь без сердца – ночь в чужих руках».
«Мужчина не меняется, он просто становится старше».
«Если женщина не нужна себе, то не нужна никому».
«Когда вам кого-то жалко, вспоминайте своих детей».
«Чем больше мы стареем, тем больше мы становимся детьми».
«Вещь стоит столько, сколько за неё дают, а не сколько за неё хотят».
«Цветов, как и денег, много не бывает».
«Нет ничего более глупого, чем радоваться смерти своего врага».
«Лучше не создавать, а пользоваться».
«Не надо быть лучше всех, надо быть счастливее всех».
«Не надо быть умнее, полезнее быть хитрее».
«Прошлым гордится тот, у кого нет настоящего».
«Задуматься не значит думать».
«Если проступок совершил богатый, это чудачество, если бедный – это преступление».
«Молодость ужасно глупа, если достаётся дураку».
«Писать песни – это ремесло. Писать стихи – это искусство. А всё вместе – это божественно».
«За счастьем наблюдают сотни глаз несчастья».
«Время неподвластно сну».
«Брак – осмысленное рабство».
«Когда входит женщина – встаёт Бог».
«Гениальность – это безумие, превращенное в реальность».
«Компромисс – это равенство при прочих».
«Мудрость рожает слёзы».
«Наши дети остаются в нас. А мы остаемся в наших детях».
«Проигрыш – первый шаг к победе».
«То, что есть при нас – есть у всех. А деньги – не у всех».
«Побеждает не тот, кто бежал, а тот, кто добежал».
«Возраст счастью не помеха».
«Чем общество богаче, тем оно безбожнее».
«По мере взросления человека взрослеет и его бессовестность».
«Страх искажает реальность».
«Россия – это разноцветное лоскутное одеяло. Всем тепло, но ощущения разные».
«Любовь сметает все: веру, богатство, национальность, границы, возраст. И даже смерть».
«Внешность ничего не значит».
«Деньги – мерило труда».
«Под маской красоты душа уродство прячет».
«Люди придумали языки, чтобы созидать, а не разрушать».
«Отец прав настолько, насколько неправа мать. Но оба правы по-своему по отношению к детям».
«Гордыня – это высшая степень отрицания».
«Семья – это вместе по-разному».
«Любая болезнь – это испытание».
«Солнце настолько приелось, что перестало быть удивительным».
«Россия – это территория, которая меняется «от» и «до» с каждым новым правителем».
«Узнать – это значит разочароваться. Не знать – это значит быть счастливым».
«Великим бывает тот, кто об этом не догадывается».
«Глупость – это большое счастье».
«Агрессивность труслива в случае неудачи».
«Гений – это когда профессионалы не понимают, как это сделано».
«Самый короткий путь к бедности – скромность».
«Человек умирает тогда, когда умирает память о нём».
«Хочешь войти в доверие – стань дураком».
«Люди один раз в жизни говорят правду, в которой можно не сомневаться. Они говорят: наступит день, когда я умру. И это – правда».
«Женщиной можно владеть. Невозможно понять».
«Настойчивость равнодушна в случае удачи».
«Раскаяние – крайняя точка бессилия».
«Юность – это ощущение, что ничего нет, но завтра обязательно будет».
«Деньги – самый верный и надежный друг».
«Память побеждает смерть».
«Талант – это когда ты делаешь лучше, чем другие».
«Подлость – вершина эгоизма».
«Вопрос какому народу принадлежит земля, можно решить по эпитафиям на местных кладбищах».
«Гордыня – корона хамства».
«Родители – это незваная реальность».
«Слава – наивысшая точка падения».
«Самый эффективный метод поднятия экономики – война».
«Поэзия – это высшая форма описания осязаемого и ощущаемого словами».
«Дружба – это когда двоим друг от друга что-то надо».
«Юность – это прыщавые надежды».
«Музыка – это крайний тест на одиночество».
«Правда – наивысшая форма цинизма».
«Делать то, что ты не хочешь намного полезнее того, что ты хочешь».
«Безразличие – последний этап развития ума».
«Самый короткий путь к богатству – настойчивость».
«Гордость – начало умственного развития».
«Власть – это самая легкая форма обогащения».
«Хочешь дорого продаться – претендуй на большее».
«Ненависть – это предтеча насилия».
«Нет более демократичного места в мире, чем кладбище».
«Удар спереди получают от того, кто стоит сзади».
«Деньги никогда не предают».
«Абсолютная правда, которую я слышал о себе, это то, что я когда–то умру».
«Верить тому, что ты слышишь – это тоже самое, что верить тому, что не видишь».
«Ничего нет важнее времени».
«Я знал то, что я видел, и видел то, что я знал».
«Усердие – это стремление».
«Желание – это путь к мечте».
«Если кто-то стал богаче, значит кто-то стал беднее».
«Лучше грешить с королём, чем спать с дураком».
«Все вокруг – просто иллюзия» (интервью с физиком-ядерщиком)
Весной легендарный американский ученый Джо Дэвис из Массачусетского технологического института выступил на вебинаре в Сколково и потряс российскую аудиторию теорией термодинамической души. Страшно интересно узнать, что по-настоящему крупные ученые думают о бессмертии, Боге, о «том свете», путешествиях во времени и инопланетянах.
Но в России откровенничать не принято: «большая наука» должна быть застегнута на все пуговицы, а то запишут в лжеученые, и прощай финансирование. Смелых, авторитетных, вроде Сергея Капицы или Жореса Алферова, которых в асфальт так просто не закатаешь, у нас, считай, и не осталось. Но нам повезло: мы разговорили физика-ядерщика Дмитрия Сидорина.
Все пустое
— В социальных сетях люди со всего мира описывают странные случаи, которые с ними произошли. Я изучил с тысячу таких историй. Выделяются два сюжета: вот лежала вещь, секунда – и нет ее. Второй сюжет – двойники: прошел мимо тебя человек, потом снова, и уверяет, «тот, первый, был не я». Конечно, в соцсетях много фантазий, есть и нездоровые люди, но эти события, кажется, правдивы. «Большая наука» эти странности игнорирует. Или я не прав?
— Пренебрежение «странным» берется от самоуверенного незнания. По-настоящему большая наука видит мир во всей его странности, и мир становится все более странным по мере появления все более мощных приборов. Вот стол. Глазу он кажется твердым. Берем электронный микроскоп, и видим атомы, а между ними – пустота. То есть стол на самом деле состоит из пустоты. Ладно, но хотя бы сами атомы твердые!
Фантасты гадают, может, мы живем в Матрице, и мир – лишь компьютерная симуляция? На самом деле и гадать не надо, по сути так и есть. Мир «твердых предметов» удобен и комфортен. Взял стакан, поставил на стол, никуда он не денется. Но есть проблема: он иллюзорен, и мы его сами создали под нас, под возможности наших органов чувств. Да, мы в Матрице, которую сотворили природа и наш мозг.
В прошлом году международная группа ученых доказала: мир иллюзорен, и у каждого наблюдателя своя «голограмма». Им удалось воплотить «в железе» мысленный эксперимент, предложенный физиком Юджином Винером. Винер утверждал: если один видит, что знаменитый кот Шредингера мертв, друг этого наблюдателя увидит, что кот жив. Это назвали «парадокс друга Винера». Ученые с огромным трудом синтезировали шесть пар специальных фотонов, и оказалось: ничто во Вселенной не является «состоявшимся», «твердо установленным», пока информация об этом не обошла всю Вселенную. А, поскольку Вселенная велика, все вокруг по сути существует в неком подвешенном состоянии. Моя книга упала со стола. Но, пока информация об этом не дошла до самой далекой галактики, моя книга находится в квантовой суперпозиции где-то между столом и полом.
Термин «запутанность» остро актуален в современной физике. Вы наверняка слышали о квантовой запутанности. Скажем, два кванта «дружат», взаимодействуют, а потом разлетаются по разным уголкам Вселенной. Но связь сохраняется навсегда. Если что-то случится с одним, другой в точности повторит состояние первого. Причем он «узнает» об этом мгновенно, быстрее скорости света. Это уже не теория: инженеры вот-вот представят новое поколение связи, которая заменит Интернет и сотовую телефонию, а опыты по квантовой запутанности в хороших школах учитель показывает просто на столе.
Чтобы «пощупать» то, Единое, надо вернуться в состояние Большого взрыва, когда господствовали колоссальные энергии. А где, как? Пока что лучший инструмент – Большой адронный коллайдер. Протон в коллайдере – больше, чем протон. Мы почти научились превращать его в первоматерию, накачивая колоссальными энергиями. Тут на сцену выходят страхи, что мы устроим черную дыру в центре Европы, или спровоцируем «эффект бабочки», и все вокруг расплывется, как на картинах Сальвадора Дали. Если вы думаете, что это досужие разговоры, а сами физики не обсуждают это за чашкой кофе, то заблуждаетесь.
— Итак, мир состоит из энергии. Что из этого следует?
— Очень может быть, что физики открыли не все энергии и взаимодействия. Дежавю, исчезающие предметы, двойники, которые понятия не имеют о существовании друг друга, призраки – все это может оказаться проявлением неизвестных частиц и энергий. Просто пока нет инструмента, чтобы это измерить. Не хватает энергии. Или нужен в принципе другой инструмент. Вообразим, например, что есть такое понятие, как «душа», у нее есть энергия, и есть частицы, которые эту энергию переносят.
Слово «душа» все чаще фигурирует в исследованиях физиков. Упомянутый Джо Дэвис говорит о «термодинамической душе»: это «энергетическая память» хоть человека, хоть камня, которая делает одушевленной всю Вселенную. Идея одушевленности мира следует из принципов квантовой механики: фотон каким-то образом «сознательно» выбирает свой путь от лампы до страниц вашей книги. Если попытаться проконтролировать дорогу каждого фотона, они поменяют свое поведение – «ребята, за нами следят».
Шепот, легкое дыханье
— Мы ищем кварки и бозон Хиггса на больших энергиях. Разумно и «частицу души» искать на больших энергиях. А что это за энергии? Войны, гибель миллионов людей. Любовь матери к ребенку. С ребенком что-то случилось на другом конце света, мать чувствует. Мы удивляемся: экстрасенсорика! При этом нас не удивляет, что «запутанные» фотоны точно так же чувствуют друг друга. Так может, «фотоны души» матери и ребенка тоже находятся в состоянии квантовой запутанности?
Пока что лучшим «коллайдером» для исследования этих вещей остается сам человек. Сидит человек вечером один, вспоминает умершего родственника. Посмотрел на его портрет, сконцентрировался. Настроил свой «коллайдер». Он один, дневные дела позади, ничто не отвлекает. И… что-то изменилось. Мы не знаем, что именно. Шорох, упала тень, сдвинулась книга, которую любил покойный. Что это, игра воображения? А если попытаться описать эти феномены в формулах квантовой механики, так никакой мистики и нет. Если «квант души» существует, ваши кванты запутанны. Вот вы и вступили во взаимодействие.
Мы можем предположить, что некоторые могут настраивать свой «коллайдер» эффективнее других. Пророки, святые, любимые толпой диктаторы или лидеры вроде Илона Маска – люди, которые лучше управляют гипотетическими, еще не открытыми, энергиями. Мне кажется, самоизоляция сильно нас изменила. Все человечество взяли, и отрезали от суеты, погрузили каждого в себя. Если я прав, последствия будут колоссальными. Переход на удаленную работу, изменения в экономике – все это мелочи. Человек станет другим.
— Шорох, упала тень… У меня мурашки побежали. Допустим, призраки существуют. Кто они: просто энергия, или личность?
— Часть физиков приводят аргументы, что сознание прекращается с его носителем, но доказательства, честно говоря, умозрительные.
Недавно публично сцепились два друга-физика. Адам Франк заявил, что души и загробной жизни не существует, потому что мы не можем получить «оттуда» никакой информации. Альва Ноэ жестко возразил: наука хвалится, что может предсказывать. Рассчитали, что корабль поплывет – и он в самом деле не тонет. Но наука не может предсказать итог боксерского поединка. Значит, по твоей логике боксеров не существует! Разнимали друзей всем научным миром.
Другие полагают, что пока не открытая «человеческая энергия» безличностно отправляется в какое-то хранилище, вроде ноосферы. Мне ближе другая точка зрения. С утратой физического тела человек переходит в, скажем так, квантовое состояние. Как на самом деле, конечно, никто не знает.
— Что это за квантовое состояние? Циолковский говорил, что эволюция нашего вида не остановилась. Нам предстоит отказаться от тела и стать чистой энергией.
— Ракеты, сделанные по его принципам, летают. Может, он и в остальном прав?
Теория, объединяющая квантовую механику и «душу», называется «Orch OR» (организованная объективная редукция), ее продвигают Стюарт Хамерофф из Аризонского университета и сэр Роджер Пенроуз из Оксфорда. Она предполагает, что внутри нейронов мозга находятся белковые полимеры, которые живут по квантовым законам и порождают наше сознание. Согласно этой теории, сознание существует после физической гибели тела, а также может отделяться от него и путешествовать по Вселенной при жизни. Пенроуз еще в 1980-е годы показал, что квантовый компьютер будет по определению разумным. Ждать осталось недолго: их запустят через пару лет.
Матрешка иллюзий
— Как человеку, который неуверенно плавает, и норовит пощупать ногой дно, мне все время хочется вернуться к материи и как бы за нее ухватиться.
— Что ж, иллюзия привычного трехмерного мира сидит в нас прочно, вероятно, потому, что она была хороша для нашей эволюции. Мы создали материальную цивилизацию, веря, что занимаемся «серьезным делом»: сталь, бетон, мощные машины. Но теперь достижения нашей же цивилизации толкают нас к пониманию, как на самом деле обстоят дела. Пора взрослеть.
Стол, стул, руки, ноги – лишь визуальная интерпретация реального мира. Возьмите проблему измерений. Длина, ширина, высота. С трудом мы еще в состоянии понять, что есть еще четвертое измерение – время. А дальше – воображения не хватает. Трехмерный мир – это удобно. Мы так привыкли. На самом деле в мире бесконечное число измерений.
Давайте потренируем мозг, и вы увидите, как все логично и просто. Нарисуйте линию. Существа, живущие в ней, двумерны, у них нет ширины, и они могут двигаться только взад и вперед. Но вы можете двигать всю линию. Это – «время» для двумерных существ. Идем в наш мир, и «время» двумерных существ становится нашей шириной, третьим измерением, которого у обитателей двумерного мира нет. Но у нас самих есть время, которое мы интерпретируем как «прошлое, настоящее и будущее» и которое для обитателей других миров, с четырьмя измерениями, просто «еще одна ширина», а никакое не «прошлое». Но у них есть свое «время», и так далее. В результате мы получаем матрешку иллюзий.
Добавьте к этому парадокс наблюдателя, которого мы уже касались. Мир меняется, когда мы на него смотрим. Это – одна из основ квантовой механики, принцип неопределенности. Для физиков это не абстракция, а повседневная реальность: если ты наблюдаешь за объектом, «щупаешь» его фотонами, он уже не тот, который без тебя.
Принцип неопределенности сформулировали в 1920-х, и он показался таким странным, что физики отказывались в него верить, даже когда он подтвердился тысячами опытов. Принцип говорит: природа существует, лишь пока мы на нее смотрим. Соратник Нильса Бора, физик Паскуаль Джордан, сказал так: «Мы не наблюдаем реальность, мы ее создаем». В 1970-х Джон Уилер провел эксперимент, который показал: природа не просто меняется от нашего взгляда, она заранее «знает», будем ли мы на нее смотреть. Упомянутый выше квантовый компьютер как бы соединит исконное «знание» Вселенной с нашим сознанием.
Да придет Спаситель
— В принципе неопределенности меня всегда интересовало вот что. Представим заброшенную деревню где-нибудь в глухой тайге. Принцип неопределенности на полном серьезе говорит, что, пока туда не забрела группа туристов, деревни нет. А если на деревню смотрит лиса, муравей? Они – наблюдатели?
— Не является ли Бог универсальным наблюдателем, благодаря которому все существует?
— В церковь я хожу. С квантовой точки зрения Бог – это закон, который соединяет бесконечное число взаимодействий, от муравья до планеты. Формула Бога, если она существует – это теория всего, которую безуспешно ищут физики, начиная с Альберта Эйнштейна. Знаете, на что это похоже? Вы сидите в комнате, в окна падает свет. Комнату еще пронизывают радиоволны, но вы их не видите. Включите приемник – и вот они. Но это еще не все. Комната наполнена космическими лучами, радиацией, которая летит к нам из космоса и от которой не укрыться нигде. Далее, у комнаты есть прошлое, оно оставило какой-то след. Есть и будущее, и квантовая механика говорит, что будущее тоже присутствует «здесь и сейчас». Тот, кто видит все это вместе, и есть Бог.
Отсюда следует: чем больше ты видишь, чем шире твой кругозор, тем больше ты напоминаешь квантового Бога. Эйнштейн видел больше заурядного человека. Композитору дано «музыкальное» зрение. Людям сострадательным – зрение добра. По-настоящему добрый человек ничуть не менее велик, чем Эйнштейн, он – гений доброты.
— Философский вопрос: на ваш субъективный взгляд, человечество становится лучше или хуже? Люди глупеют или умнеют?
— Колоссально вырос поток информации. Она перегружает наш «приемник», наш мозг. Хуже, что львиная ее доля – это мусор. Мой бизнес – анализ контента социальных сетей. Он почти целиком состоит из перепостов, там не творят ничего нового. В будущем станет еще жестче. Настоящей информации не будет вообще. Смартфоны уйдут, их сменят «умные» очки и прочие гаджеты, которые вобьют коммерческую информацию прямо в мозг, помимо сознания: купи, купи, купи. Отчасти будущее уже наступило. Только Китай еще сохраняет цифровой суверенитет.
Мы получим одно-два поколения неспособных к творчеству людей. Потом настанет отрезвление. Но будет поздно. Роль спасителя возьмет на себя, скорее всего, не человек, а нейросеть. Она позаботится о нас, как муравей о тле. Я надеюсь, что в итоге все будет хорошо. Но на самом деле я не знаю, будет ли.