प्रथम स्तर: स्पष्ट दृष्टि. आप कितनी छोटी वस्तुएँ देख सकते हैं? ब्रह्माण्ड का किनारा सबसे दूर की आकाशगंगा से कितनी दूर है? स्पष्ट दृष्टि III

सबसे दूर की आकाशगंगाओं का अध्ययन हमें अरबों प्रकाश वर्ष दूर की वस्तुएँ दिखा सकता है, लेकिन उत्तम तकनीक के साथ भी, सबसे दूर की आकाशगंगा और के बीच का स्थानिक अंतर महा विस्फोटविशाल रहेगा.

ब्रह्माण्ड में देखने पर, हमें हर जगह, उन सभी दूरियों पर प्रकाश दिखाई देता है जिन्हें हमारी दूरबीनें देख सकती हैं। लेकिन कुछ बिंदु पर हमें सीमाओं का सामना करना पड़ेगा। उनमें से एक ब्रह्मांड में बनने वाली ब्रह्मांडीय संरचना द्वारा लगाया गया है: हम केवल सितारों, आकाशगंगाओं आदि को तभी देख सकते हैं, जब वे प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। इसके बिना हमारी दूरबीनें कुछ भी नहीं देख सकतीं। प्रकाश के अलावा खगोल विज्ञान के अन्य रूपों का उपयोग करते समय एक और सीमा यह है कि बिग बैंग के बाद से ब्रह्मांड का कितना हिस्सा हमारे लिए पहुंच योग्य है। ये दोनों मात्राएँ एक-दूसरे से संबंधित नहीं हो सकती हैं, और इसी विषय पर हमारे पाठक हमसे एक प्रश्न पूछते हैं:

सीएमबी का रेडशिफ्ट 1000 की सीमा में क्यों है, हालांकि हमने किसी भी आकाशगंगा का उच्चतम रेडशिफ्ट 11 देखा है?

हम जो कुछ भी जानते हैं, देखते हैं, निरीक्षण करते हैं और जिसके साथ बातचीत करते हैं, उसके पूरे सेट को "अवलोकन योग्य ब्रह्मांड" कहा जाता है। ब्रह्माण्ड के परे और भी अधिक क्षेत्र होने की संभावना है, और समय के साथ हम इनमें से अधिक से अधिक क्षेत्रों को देख पाएंगे क्योंकि दूर की वस्तुओं से प्रकाश अंतरिक्ष के माध्यम से अरबों वर्षों की यात्रा के बाद अंततः हम तक पहुंचता है। हम तीन कारकों के संयोजन के कारण वह देख सकते हैं जो हम देखते हैं (और अधिक, कम नहीं):

• बिग बैंग के बाद एक सीमित समय, 13.8 अरब वर्ष बीत चुके हैं।


• प्रकाश की गति, ब्रह्मांड में घूमने वाले किसी भी सिग्नल या कण की अधिकतम गति, सीमित और स्थिर है।


• बिग बैंग के बाद से अंतरिक्ष का ताना-बाना खिंचता और फैलता रहा है।

आज हम जो देखते हैं वह इन तीन कारकों का परिणाम है, साथ ही ब्रह्मांड के इतिहास में भौतिकी के नियमों के अनुसार संचालित होने वाले पदार्थ और ऊर्जा के मूल वितरण का परिणाम है। यदि हम यह जानना चाहते हैं कि किसी प्रारंभिक समय में ब्रह्मांड कैसा था, तो हमें बस यह देखना होगा कि यह आज कैसा है, सभी संबंधित मापदंडों को मापना है, और गणना करना है कि यह अतीत में कैसा था। ऐसा करने के लिए हमें बहुत सारे अवलोकनों और मापों की आवश्यकता होगी, लेकिन आइंस्टीन के समीकरण, हालांकि बहुत कठिन हैं, कम से कम, असंदिग्ध हैं। परिणामी परिणामों के परिणामस्वरूप दो समीकरण बनते हैं, जिन्हें फ्रीडमैन समीकरण के रूप में जाना जाता है, और ब्रह्मांड विज्ञान के प्रत्येक छात्र को उन्हें सीधे हल करने के कार्य का सामना करना पड़ता है। लेकिन, ईमानदारी से कहें तो, हम ब्रह्मांड के मापदंडों के कुछ अद्भुत माप करने में सक्षम थे।

आकाशगंगा के उत्तरी ध्रुव की ओर देखकर हम अंतरिक्ष की गहराइयों में झाँक सकते हैं। इस छवि में सैकड़ों-हजारों आकाशगंगाएँ हैं, और प्रत्येक पिक्सेल एक अलग आकाशगंगा है।

हम जानते हैं कि आज इसका विस्तार कितनी तेजी से हो रहा है। हम जानते हैं कि हम जिस भी दिशा में देखें, पदार्थ का घनत्व कितना है। हम जानते हैं कि गोलाकार समूहों से लेकर बौनी आकाशगंगाओं तक, बड़ी आकाशगंगाओं से लेकर आकाशगंगा समूहों, समूहों और बड़े पैमाने की फिलामेंटरी संरचनाओं तक, सभी स्तरों पर कितनी संरचनाएँ बनती हैं। हम जानते हैं कि ब्रह्मांड में कितना सामान्य पदार्थ, डार्क मैटर, डार्क एनर्जी और न्यूट्रिनो, विकिरण और यहां तक ​​कि ब्लैक होल जैसे छोटे घटक भी हैं। और केवल इस जानकारी से, समय को पीछे छोड़ते हुए, हम ब्रह्मांड के आकार और इसके ब्रह्मांडीय इतिहास में किसी भी क्षण इसके विस्तार की दर दोनों की गणना कर सकते हैं।

देखने योग्य ब्रह्मांड बनाम उम्र के आकार का लघुगणकीय ग्राफ़

आज, हमारा अवलोकन योग्य ब्रह्मांड हमारे दृष्टिकोण से सभी दिशाओं में लगभग 46.1 बिलियन प्रकाश वर्ष तक फैला हुआ है। इस दूरी पर एक काल्पनिक कण का प्रारंभिक बिंदु है जो बिग बैंग के क्षण में शुरू हुआ था और प्रकाश की गति से यात्रा करते हुए, 13.8 अरब साल बाद आज हमारे पास पहुंचेगा। सिद्धांत रूप में, इस दूरी पर ब्रह्मांडीय मुद्रास्फीति से बची हुई सभी गुरुत्वाकर्षण तरंगें - बिग बैंग से पहले की स्थिति, जिसने ब्रह्मांड की स्थापना की और सभी प्रारंभिक स्थितियां प्रदान कीं - उत्पन्न हुईं।

गुरुत्वाकर्षण लहरों, ब्रह्मांडीय मुद्रास्फीति द्वारा निर्मित - यह सबसे पुराना संकेत है जिसे मानवता, सिद्धांत रूप में, पहचान सकती है। उनका जन्म ब्रह्मांडीय मुद्रास्फीति के अंत में और गर्म बिग बैंग की शुरुआत में हुआ था।

लेकिन ब्रह्मांड में अन्य संकेत भी बचे हैं। जब यह 380,000 वर्ष पुराना था, तो बिग बैंग के अवशिष्ट विकिरण ने मुक्त आवेशित कणों से बिखरना बंद कर दिया क्योंकि उन्होंने तटस्थ परमाणुओं का निर्माण किया। और ये फोटॉन, परमाणु बनाने के बाद, ब्रह्मांड के विस्तार के साथ-साथ लाल रंग में परिवर्तित होते रहते हैं, और आज इन्हें माइक्रोवेव या रेडियो एंटीना/टेलीस्कोप का उपयोग करके देखा जा सकता है। लेकिन ब्रह्माण्ड के विस्तार की उच्च दर के कारण प्रारम्भिक चरण, वह "सतह" जो हमें इस अवशिष्ट प्रकाश से "चमकती" है - ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि - केवल 45.2 अरब प्रकाश वर्ष दूर है। ब्रह्मांड की शुरुआत से उस स्थान तक की दूरी जहां ब्रह्मांड 380,000 वर्षों के बाद था, 900 मिलियन प्रकाश वर्ष के बराबर है!

सीएमबी में ठंडा उतार-चढ़ाव (नीला) अपने आप में ठंडा नहीं है, बल्कि पदार्थ के बढ़ते घनत्व के कारण बढ़े हुए गुरुत्वाकर्षण खिंचाव के क्षेत्रों का प्रतिनिधित्व करता है। गर्म (लाल) क्षेत्र अधिक गर्म होते हैं क्योंकि इन क्षेत्रों में विकिरण एक उथले गुरुत्वाकर्षण कुएं में रहता है। समय के साथ, सघन क्षेत्रों के तारों, आकाशगंगाओं और समूहों में विकसित होने की संभावना अधिक होती है, जबकि कम सघन क्षेत्रों में ऐसा होने की संभावना कम होती है।

ब्रह्मांड में सबसे दूर की आकाशगंगा जिसे हमने खोजा है, उसे खोजने में हमें काफी समय लगेगा। हालाँकि सिमुलेशन और गणना से पता चलता है कि सबसे पहले तारे ब्रह्मांड की शुरुआत के 50-100 मिलियन वर्ष बाद बने होंगे, और पहली आकाशगंगाएँ 200 मिलियन वर्षों के बाद बनी होंगी, हमने अभी तक इतना पीछे नहीं देखा है (हालाँकि, आशा है कि इसके बाद) में लांच अगले वर्षअंतरिक्ष दूरबीन का नाम किसके नाम पर रखा गया? जेम्स वेब हम यह कर सकते हैं!) आज, ब्रह्मांडीय रिकॉर्ड नीचे दिखाई गई आकाशगंगा के पास है, जो तब अस्तित्व में थी जब ब्रह्मांड 400 मिलियन वर्ष पुराना था - यह इसकी वर्तमान आयु का केवल 3% है। हालाँकि, यह आकाशगंगा, GN-z11, केवल 32 अरब प्रकाश-वर्ष दूर स्थित है: यह अवलोकन योग्य ब्रह्मांड के "किनारे" से लगभग 14 अरब प्रकाश-वर्ष दूर है।

सबसे दूर की आकाशगंगा की खोज की गई: GN-z11, हबल टेलीस्कोप द्वारा किए गए GOODS-N अवलोकन से ली गई तस्वीर।

इसका कारण यह है कि आरंभ में समय के साथ विस्तार की दर बहुत तेजी से गिरी। जैसा कि हम देखते हैं, जब आकाशगंगा Gz-11 अस्तित्व में थी, तब तक ब्रह्मांड आज की तुलना में 20 गुना तेजी से विस्तार कर रहा था। जब सीएमबी उत्सर्जित हुआ, तो ब्रह्मांड आज की तुलना में 20,000 गुना तेजी से विस्तार कर रहा था। बिग बैंग के समय, जहाँ तक हम जानते हैं, ब्रह्माण्ड आज की तुलना में 10 36 गुना तेजी से, या 1,000,000,000,000,000,000,000,000,000 गुना तेजी से फैल रहा था। समय के साथ ब्रह्माण्ड के विस्तार की दर बहुत कम हो गई है।

और यह हमारे लिए बहुत अच्छा है! प्राथमिक विस्तार दर और ब्रह्मांड में सभी रूपों में ऊर्जा की कुल मात्रा के बीच संतुलन, हमारे अवलोकनों की त्रुटि तक, पूरी तरह से बनाए रखा जाता है। यदि ब्रह्माण्ड में आरंभ में थोड़ा सा भी अधिक पदार्थ या विकिरण होता, तो यह अरबों वर्ष पहले नष्ट हो गया होता और हमारा अस्तित्व नहीं होता। यदि प्रारंभ में ब्रह्मांड में बहुत कम पदार्थ या विकिरण होता, तो यह इतनी तेजी से फैलता कि कण एक-दूसरे से मिलकर परमाणु भी नहीं बना पाते, आकाशगंगाओं, सितारों, ग्रहों और लोगों जैसी अधिक जटिल संरचनाओं की तो बात ही छोड़ दें। ब्रह्मांड हमें जो ब्रह्मांडीय कहानी बताता है वह अत्यधिक संतुलन की कहानी है, जिसकी बदौलत हमारा अस्तित्व है।

विस्तार की दर और ब्रह्मांड के समग्र घनत्व के बीच जटिल संतुलन इतना नाजुक है कि किसी भी दिशा में 0.00000000001% का विचलन भी किसी भी समय ब्रह्मांड को किसी भी जीवन, सितारों या यहां तक ​​​​कि ग्रहों के लिए पूरी तरह से निर्जन बना देगा।

अगर हमारा सर्वश्रेष्ठ सच्चा है आधुनिक सिद्धांत, तो पहली वास्तविक आकाशगंगाओं का निर्माण 120 से 210 मिलियन वर्ष की आयु में होना चाहिए था। यह हमसे उनसे 35-37 अरब प्रकाश वर्ष की दूरी और सबसे दूर की आकाशगंगा से अवलोकन योग्य ब्रह्मांड के किनारे तक की दूरी आज 9-11 अरब प्रकाश वर्ष से मेल खाती है। यह बहुत दूर है, और एक बात कहती है आश्यर्चजनक तथ्य: प्रारंभिक चरण में ब्रह्मांड का विस्तार बहुत तेज़ी से हुआ, और आज यह बहुत धीमी गति से बढ़ रहा है। ब्रह्माण्ड की आयु का 1% इसके कुल विस्तार के 20% के लिए जिम्मेदार है!

ब्रह्मांड का इतिहास शानदार घटनाओं से भरा है, लेकिन जब से महंगाई खत्म हुई और महा विस्फोट, विस्तार की दर तेजी से गिर गई, और घनत्व कम होने के कारण धीमी हो रही है।

ब्रह्मांड का विस्तार प्रकाश की तरंग दैर्ध्य को बढ़ाता है (और लाल विचलन के लिए जिम्मेदार है जिसे हम देखते हैं), और इस विस्तार की बड़ी गति माइक्रोवेव पृष्ठभूमि और सबसे दूर की आकाशगंगा के बीच बड़ी दूरी के लिए जिम्मेदार है। लेकिन आज ब्रह्माण्ड का आकार कुछ और आश्चर्यजनक बातें उजागर करता है: समय के साथ घटित होने वाले अविश्वसनीय प्रभाव। समय के साथ, ब्रह्मांड का और अधिक विस्तार होता रहेगा, और जब इसकी आयु आज से दस गुना अधिक होगी, तब दूरियाँ इतनी बढ़ जाएंगी कि हम अपने स्थानीय समूह के सदस्यों के अलावा किसी भी आकाशगंगा को नहीं देख पाएंगे। यहां तक ​​कि हबल के बराबर दूरबीन के साथ भी। आज जो कुछ भी दिखाई दे रहा है, उसका आनंद लें, सभी ब्रह्मांडीय पैमानों पर मौजूद विशाल विविधता का आनंद लें। यह हमेशा के लिए नहीं रहेगा!

आपके दृश्य क्षेत्र में पृथ्वी की सतह लगभग 5 किमी की दूरी पर वक्र होने लगती है। लेकिन मानवीय दृष्टि की तीक्ष्णता हमें क्षितिज से कहीं अधिक दूर तक देखने की अनुमति देती है। यदि वक्रता न होती तो आप मोमबत्ती की लौ को 50 किमी दूर तक देख पाते।

दृष्टि की सीमा दूर स्थित वस्तु द्वारा उत्सर्जित फोटॉनों की संख्या पर निर्भर करती है। इस आकाशगंगा के 1,000,000,000,000 तारे सामूहिक रूप से प्रत्येक वर्ग मीटर तक पहुंचने के लिए कई हजार फोटॉनों के लिए पर्याप्त प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। सेमी पृथ्वी. यह इंसान की आंख की रेटिना को उत्तेजित करने के लिए काफी है।

चूँकि पृथ्वी पर रहते हुए मानव दृष्टि की तीक्ष्णता की जाँच करना असंभव है, वैज्ञानिकों ने गणितीय गणनाओं का सहारा लिया। उन्होंने पाया कि टिमटिमाती रोशनी को देखने के लिए 5 से 14 फोटॉन के बीच रेटिना से टकराने की जरूरत होती है। 50 किमी की दूरी पर एक मोमबत्ती की लौ, प्रकाश के प्रकीर्णन को ध्यान में रखते हुए, यह मात्रा देती है, और मस्तिष्क एक कमजोर चमक को पहचानता है।

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प्रकाश वर्ष दूर दूर की आकाशगंगाओं को देखने से लेकर अदृश्य रंगों को समझने तक, बीबीसी के एडम हैडाज़ी बताते हैं कि आपकी आंखें अविश्वसनीय चीजें क्यों कर सकती हैं। चारों ओर एक नज़र रखना। आप क्या देखते हैं? ये सारे रंग, दीवारें, खिड़कियाँ, सब कुछ स्पष्ट प्रतीत होता है, मानो यहाँ ऐसा ही होना चाहिए। यह विचार कि हम यह सब प्रकाश के कणों - फोटॉन - के कारण देखते हैं, जो इन वस्तुओं से उछलते हैं और हमारी आँखों में प्रवेश करते हैं, अविश्वसनीय लगता है।

यह फोटॉन बमबारी लगभग 126 मिलियन प्रकाश-संवेदनशील कोशिकाओं द्वारा अवशोषित होती है। विभिन्न दिशाएँऔर फोटॉन ऊर्जा हमारे मस्तिष्क में संचारित होती है अलग - अलग रूप, रंग, चमक, हमारी बहुरंगी दुनिया को छवियों से भरना।

हमारी उल्लेखनीय दृष्टि की स्पष्ट रूप से कई सीमाएँ हैं। हम अपने इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों से आने वाली रेडियो तरंगों को नहीं देख सकते, हम अपनी नाक के नीचे के बैक्टीरिया को नहीं देख सकते। लेकिन भौतिकी और जीव विज्ञान में प्रगति के साथ, हम मूलभूत सीमाओं की पहचान कर सकते हैं प्राकृतिक दृष्टि. "आप जो कुछ भी समझ सकते हैं उसकी एक सीमा होती है, सबसे अधिक कम स्तर, जिसके ऊपर और नीचे आप नहीं देख सकते,'' न्यूयॉर्क विश्वविद्यालय में तंत्रिका विज्ञान के प्रोफेसर माइकल लैंडी कहते हैं।

आइए इन दृश्य सीमाओं को लेंस के माध्यम से देखना शुरू करें - वाक्य को क्षमा करें - कई लोग इसे सबसे पहले दृष्टि से जोड़ते हैं: रंग।

हम बैंगनी क्यों देखते हैं और भूरा क्यों नहीं, यह हमारे नेत्रगोलक के पीछे स्थित रेटिना से टकराने वाले फोटॉन की ऊर्जा या तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है। फोटोरिसेप्टर दो प्रकार के होते हैं, छड़ और शंकु। शंकु रंग के लिए जिम्मेदार होते हैं, और छड़ें हमें कम रोशनी की स्थिति में, जैसे कि रात में, भूरे रंग देखने की अनुमति देती हैं। रेटिना कोशिकाओं में ऑप्सिन या वर्णक अणु, आपतित फोटोन से विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा को अवशोषित करते हैं, जिससे एक विद्युत आवेग उत्पन्न होता है। यह सिग्नल गुजरता है नेत्र - संबंधी तंत्रिकामस्तिष्क में, जहां रंगों और छवियों की सचेतन धारणा जन्म लेती है।

हमारे पास तीन प्रकार के शंकु और संबंधित ऑप्सिन हैं, जिनमें से प्रत्येक एक विशिष्ट तरंग दैर्ध्य के फोटॉन के प्रति संवेदनशील है। इन शंकुओं को S, M, और L (क्रमशः लघु, मध्यम और लंबी तरंग दैर्ध्य) नामित किया गया है। छोटी लहरेंहम उन्हें नीले रंग के रूप में और लंबे लोगों को लाल के रूप में देखते हैं। इनके बीच की तरंगदैर्घ्य और उनका संयोजन पूर्ण इंद्रधनुष बन जाता है। लैंडी कहते हैं, "हम जो भी प्रकाश देखते हैं, जब तक कि वह कृत्रिम रूप से प्रिज्म या लेज़र जैसे चतुर उपकरणों से न बनाया गया हो, विभिन्न तरंग दैर्ध्य का मिश्रण होता है।"

एक फोटॉन की सभी संभावित तरंग दैर्ध्य में से, हमारे शंकु 380 से 720 नैनोमीटर तक के एक छोटे बैंड का पता लगाते हैं - जिसे हम दृश्यमान स्पेक्ट्रम कहते हैं। हमारे अवधारणात्मक स्पेक्ट्रम से परे इन्फ्रारेड और रेडियो स्पेक्ट्रम है, जिनकी तरंग दैर्ध्य एक मिलीमीटर से लेकर एक किलोमीटर तक होती है।

हमारे दृश्य स्पेक्ट्रम के ऊपर, उच्च ऊर्जा पर और छोटी लंबाईतरंगें, हम पराबैंगनी स्पेक्ट्रम पाते हैं, फिर एक्स-रे और शीर्ष पर - गामा किरण स्पेक्ट्रम, जिसकी तरंग दैर्ध्य एक मीटर के एक ट्रिलियनवें हिस्से तक पहुंचती है।

यद्यपि हममें से अधिकांश दृश्यमान स्पेक्ट्रम तक ही सीमित हैं, एफ़ाकिया (लेंस की कमी) वाले लोग पराबैंगनी स्पेक्ट्रम में देख सकते हैं। अपाकिया आमतौर पर किसके कारण निर्मित होता है? शल्य क्रिया से निकालनामोतियाबिंद या जन्म दोष. आम तौर पर, लेंस पराबैंगनी प्रकाश को रोकता है, इसलिए इसके बिना, लोग दृश्यमान स्पेक्ट्रम से परे देख सकते हैं और नीले रंग में 300 नैनोमीटर तक तरंग दैर्ध्य का अनुभव कर सकते हैं।

2014 के एक अध्ययन में पाया गया कि, तुलनात्मक रूप से कहें तो, हम सभी इन्फ्रारेड फोटॉन देख सकते हैं। यदि दो अवरक्त फोटॉन गलती से लगभग एक साथ रेटिना कोशिका से टकराते हैं, तो उनकी ऊर्जा संयोजित हो जाती है, जिससे उनकी तरंग दैर्ध्य अदृश्य (जैसे 1000 नैनोमीटर) से दृश्यमान 500 नैनोमीटर (ठंड) में परिवर्तित हो जाती है। हरा रंगअधिकांश आँखों के लिए)।

एक स्वस्थ मानव आंख में तीन प्रकार के शंकु होते हैं, जिनमें से प्रत्येक लगभग 100 अलग-अलग अंतर कर सकता है रंग शेड्स, इसलिए अधिकांश शोधकर्ता इस बात से सहमत हैं कि हमारी आंखें आम तौर पर लगभग दस लाख रंगों में अंतर कर सकती हैं। हालाँकि, रंग धारणा एक व्यक्तिपरक क्षमता है जो व्यक्ति से दूसरे व्यक्ति में भिन्न होती है, इसलिए निर्धारण करती है सटीक संख्याबहुत मुश्किल।

कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, इरविन के एक शोध वैज्ञानिक किम्बर्ली जैमिसन कहते हैं, "इसे संख्याओं में रखना बहुत कठिन है।" "एक व्यक्ति जो देखता है वह केवल उन रंगों का हिस्सा हो सकता है जिन्हें दूसरा व्यक्ति देखता है।"

जैमिसन जानता है कि वह किस बारे में बात कर रहा है क्योंकि वह "टेट्राक्रोमैट्स" के साथ काम करता है - "अलौकिक" दृष्टि वाले लोग। इन दुर्लभ व्यक्तियों, ज्यादातर महिलाओं में आनुवंशिक उत्परिवर्तन होता है जो उन्हें अतिरिक्त चौथा शंकु देता है। मोटे तौर पर कहें तो, शंकु के चौथे सेट के लिए धन्यवाद, टेट्राक्रोमैट्स 100 मिलियन रंग देख सकते हैं। (रंग अंधापन, डाइक्रोमैट्स वाले लोगों में केवल दो प्रकार के शंकु होते हैं और वे लगभग 10,000 रंग देखते हैं।)

हमें देखने के लिए न्यूनतम कितने फोटॉन की आवश्यकता है?

के लिए रंग दृष्टिकाम करने पर, शंकु को अपने रॉड समकक्षों की तुलना में बहुत अधिक प्रकाश की आवश्यकता होती है। इसलिए, कम रोशनी की स्थिति में रंग "फीका" हो जाता है क्योंकि अग्रभूमिएकरंगी छड़ियाँ निकलती हैं।

आदर्श प्रयोगशाला स्थितियों में और रेटिना के उन क्षेत्रों में जहां छड़ें काफी हद तक अनुपस्थित हैं, शंकु को केवल मुट्ठी भर फोटॉन द्वारा सक्रिय किया जा सकता है। फिर भी, फैली हुई रोशनी की स्थिति में छड़ें बेहतर प्रदर्शन करती हैं। जैसा कि 1940 के दशक में प्रयोगों से पता चला, प्रकाश की एक मात्रा हमारा ध्यान आकर्षित करने के लिए पर्याप्त है। स्टैनफोर्ड में मनोविज्ञान और इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के प्रोफेसर ब्रायन वांडेल कहते हैं, "लोग एक फोटॉन पर प्रतिक्रिया कर सकते हैं।" "और अधिक संवेदनशील होने का कोई मतलब नहीं है।"

1941 में, कोलंबिया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने लोगों को एक अंधेरे कमरे में बैठाया और उनकी आँखों को समायोजित करने दिया। छड़ों को पूर्ण संवेदनशीलता तक पहुंचने में कई मिनट लगे - यही कारण है कि जब रोशनी अचानक बंद हो जाती है तो हमें देखने में परेशानी होती है।

फिर वैज्ञानिकों ने विषयों के चेहरे के सामने एक नीली-हरी रोशनी चमकाई। सांख्यिकीय संभावना से ऊपर के स्तर पर, प्रतिभागी प्रकाश का पता लगाने में सक्षम थे जब पहले 54 फोटॉन उनकी आंखों तक पहुंचे।

आंख के अन्य घटकों द्वारा अवशोषण के माध्यम से फोटॉन के नुकसान की भरपाई करने के बाद, वैज्ञानिकों ने पाया कि पांच फोटॉन ने पांच अलग-अलग छड़ों को सक्रिय किया जिससे प्रतिभागियों को प्रकाश की अनुभूति हुई।

हम जो सबसे छोटी और सबसे दूर की चीज़ देख सकते हैं उसकी सीमा क्या है?

यह तथ्य आपको आश्चर्यचकित कर सकता है: हम जो सबसे छोटी या सबसे दूर की चीज़ देख सकते हैं उसकी कोई अंतर्निहित सीमा नहीं है। जब तक किसी भी दूरी पर किसी भी आकार की वस्तुएं फोटॉन को रेटिना कोशिकाओं तक पहुंचाती हैं, हम उन्हें देख सकते हैं।

लैंडी कहते हैं, "आंख को केवल इस बात की परवाह होती है कि आंख पर कितनी रोशनी पड़ती है।" - कुल गणनाफोटॉन. आप प्रकाश स्रोत को हास्यास्पद रूप से छोटा और दूर बना सकते हैं, लेकिन अगर यह शक्तिशाली फोटॉन उत्सर्जित कर रहा है, तो आप इसे देखेंगे।"

उदाहरण के लिए, लोकप्रिय धारणा कहती है कि एक अंधेरी, साफ रात में हम 48 किलोमीटर की दूरी से एक मोमबत्ती की रोशनी देख सकते हैं। व्यवहार में, निश्चित रूप से, हमारी आँखें केवल फोटॉनों से नहाई होंगी, इसलिए भटकती हुई प्रकाश क्वांटा लंबी दूरीवे बस इस फेरबदल में खो जायेंगे। लैंडी कहते हैं, "जब आप पृष्ठभूमि की तीव्रता बढ़ाते हैं, तो आपको कुछ देखने के लिए आवश्यक प्रकाश की मात्रा बढ़ जाती है।"

रात का आकाश, तारों से भरी अपनी गहरी पृष्ठभूमि के साथ, हमारी दृष्टि की सीमा का एक शानदार उदाहरण प्रदान करता है। तारे विशाल हैं; रात के आकाश में हम जो देखते हैं उनमें से कई का व्यास लाखों किलोमीटर है। लेकिन निकटतम तारे भी हमसे कम से कम 24 ट्रिलियन किलोमीटर दूर हैं, और इसलिए हमारी आँखों से इतने छोटे हैं कि उन्हें देखा नहीं जा सकता। और फिर भी हम उन्हें प्रकाश के शक्तिशाली उत्सर्जक बिंदुओं के रूप में देखते हैं जैसे फोटॉन ब्रह्मांडीय दूरियों और हमारी आंखों में यात्रा करते हैं।

रात के आकाश में हम जो भी तारे देखते हैं वे सभी हमारी आकाशगंगा - आकाशगंगा - में स्थित हैं। सबसे दूर की वस्तु जिसे हम नग्न आंखों से देख सकते हैं वह हमारी आकाशगंगा के बाहर है: एंड्रोमेडा गैलेक्सी, जो 2.5 मिलियन प्रकाश वर्ष दूर स्थित है। (हालांकि यह विवादास्पद है, कुछ व्यक्तियों का दावा है कि वे बेहद अंधेरी रात के आकाश में ट्राइएंगुलम गैलेक्सी को देख सकते हैं, और यह तीन मिलियन प्रकाश वर्ष दूर है, आपको बस इसके लिए उनका शब्द लेना होगा)।

एंड्रोमेडा आकाशगंगा में खरबों तारे, इसकी दूरी को देखते हुए, आकाश के एक अस्पष्ट, चमकते हिस्से में धुंधले हो जाते हैं। और फिर भी इसका आकार बहुत बड़ा है। स्पष्ट आकार के संदर्भ में, यहां तक ​​कि क्विंटलों किलोमीटर दूर भी, यह आकाशगंगा पूर्णिमा के चंद्रमा से छह गुना अधिक चौड़ी है। हालाँकि, इतने कम फोटॉन हमारी आँखों तक पहुँचते हैं कि यह खगोलीय राक्षस लगभग अदृश्य है।

दृष्टि कितनी तीव्र हो सकती है?

हम एंड्रोमेडा आकाशगंगा में अलग-अलग तारों को अलग-अलग क्यों नहीं पहचान सकते? हमारे दृश्य संकल्प, या दृश्य तीक्ष्णता की सीमाएँ, अपनी सीमाएँ लगाती हैं। दृश्य तीक्ष्णता बिंदुओं या रेखाओं जैसे विवरणों को एक-दूसरे से अलग करने की क्षमता है ताकि वे एक साथ धुंधले न हों। इस प्रकार, हम दृष्टि की सीमाओं को "बिंदुओं" की संख्या के रूप में सोच सकते हैं जिन्हें हम अलग कर सकते हैं।

दृश्य तीक्ष्णता की सीमाएँ कई कारकों द्वारा निर्धारित की जाती हैं, जैसे रेटिना में पैक शंकु और छड़ के बीच की दूरी। प्रकाशिकी स्वयं भी महत्वपूर्ण है. नेत्रगोलक, जो, जैसा कि हम पहले ही कह चुके हैं, प्रकाश-संवेदनशील कोशिकाओं में सभी संभावित फोटॉनों के प्रवेश को रोकता है।

सिद्धांत रूप में, अनुसंधान से पता चला है कि सबसे अच्छा जो हम देख सकते हैं वह लगभग 120 पिक्सेल प्रति डिग्री चाप है, जो कोणीय माप की एक इकाई है। आप इसे 60 गुणा 60 काले और सफेद शतरंज की बिसात के रूप में सोच सकते हैं जो फैले हुए हाथ के नाखून पर फिट बैठता है। लैंडी कहते हैं, "यह सबसे स्पष्ट पैटर्न है जिसे आप देख सकते हैं।"

एक दृष्टि परीक्षण, छोटे अक्षरों वाले चार्ट की तरह, समान सिद्धांतों का पालन करता है। तीक्ष्णता की यही सीमाएँ बताती हैं कि हम कई माइक्रोमीटर चौड़ी एक मंद जैविक कोशिका में अंतर क्यों नहीं कर सकते और उस पर ध्यान केंद्रित क्यों नहीं कर सकते।

लेकिन अपने आप को निराश मत करो. लाखों रंग, एकल फोटॉन, लाखों किलोमीटर दूर गैलेक्टिक दुनिया - हमारी खोपड़ी में 1.4 किलोग्राम स्पंज से जुड़े हमारी आंखों के सॉकेट में जेली के बुलबुले के लिए बहुत बुरा नहीं है।

पृथ्वी की सतह मुड़ती है और 5 किलोमीटर की दूरी पर दृश्य से गायब हो जाती है। लेकिन हमारी दृश्य तीक्ष्णता हमें क्षितिज से बहुत दूर तक देखने की अनुमति देती है। यदि पृथ्वी चपटी होती, या यदि आप किसी पहाड़ की चोटी पर खड़े होते और ग्रह के सामान्य से कहीं अधिक बड़े क्षेत्र को देखते, तो आप सैकड़ों किलोमीटर दूर तक चमकदार रोशनी देख पाते। अंधेरी रात में आप 48 किलोमीटर दूर स्थित मोमबत्ती की लौ भी देख सकते हैं।

मानव आँख कितनी दूर तक देख सकती है यह इस बात पर निर्भर करता है कि वह प्रकाश के कितने कण या फोटॉन उत्सर्जित करती है दूरस्थ वस्तु. नग्न आंखों से दिखाई देने वाली सबसे दूर की वस्तु एंड्रोमेडा नेबुला है, जो पृथ्वी से 2.6 मिलियन प्रकाश वर्ष की विशाल दूरी पर स्थित है। आकाशगंगा के एक ट्रिलियन तारे कुल मिलाकर इतना प्रकाश उत्सर्जित करते हैं कि हर सेकंड पृथ्वी की सतह के प्रत्येक वर्ग सेंटीमीटर पर कई हजार फोटॉन टकराते हैं। अंधेरी रात में यह मात्रा रेटिना को सक्रिय करने के लिए पर्याप्त है।

1941 में, कोलंबिया विश्वविद्यालय के दृष्टि वैज्ञानिक सेलिग हेचट और उनके सहयोगियों ने वह बनाया जो अभी भी दृष्टि की पूर्ण सीमा का एक विश्वसनीय माप माना जाता है - फोटॉनों की न्यूनतम संख्या जो जागरूकता पैदा करने के लिए रेटिना से टकरानी चाहिए। दृश्य बोध. प्रयोग ने सीमा निर्धारित की आदर्श स्थितियाँ: प्रतिभागियों की आंखों को पूरी तरह से अंधेरे में समायोजित होने का समय दिया गया था, एक उत्तेजना के रूप में काम करने वाले प्रकाश की नीली-हरी चमक की तरंग दैर्ध्य 510 नैनोमीटर थी (जिसके प्रति आंखें सबसे अधिक संवेदनशील होती हैं), और प्रकाश को परिधीय किनारे पर निर्देशित किया गया था रेटिना, प्रकाश-संवेदन रॉड कोशिकाओं से भरा हुआ।

वैज्ञानिकों के अनुसार, प्रयोग में भाग लेने वालों को आधे से अधिक मामलों में प्रकाश की ऐसी चमक को पहचानने में सक्षम होने के लिए, 54 से 148 फोटॉनों को नेत्रगोलक से टकराना पड़ा। रेटिना अवशोषण माप के आधार पर, वैज्ञानिकों का अनुमान है कि औसतन 10 फोटॉन वास्तव में मानव रेटिना की छड़ों द्वारा अवशोषित होते हैं। इस प्रकार, 5-14 फोटॉनों का अवशोषण या, क्रमशः, 5-14 छड़ों की सक्रियता मस्तिष्क को इंगित करती है कि आप कुछ देख रहे हैं।

“यह वास्तव में बहुत छोटी राशि है। रासायनिक प्रतिक्रिएं", हेचट और उनके सहयोगियों ने इस प्रयोग के बारे में एक लेख में उल्लेख किया है।

पूर्ण सीमा, मोमबत्ती की लौ की चमक और अनुमानित दूरी जिस पर एक चमकदार वस्तु मंद हो जाती है, को ध्यान में रखते हुए, वैज्ञानिकों ने निष्कर्ष निकाला कि एक व्यक्ति 48 किलोमीटर की दूरी पर मोमबत्ती की लौ की हल्की झिलमिलाहट को देख सकता है।

एक व्यक्ति के आकार की वस्तुएं केवल 3 किलोमीटर की दूरी पर फैली हुई के रूप में पहचानी जाती हैं। इसकी तुलना में, उस दूरी पर, हम स्पष्ट रूप से दो कार हेडलाइट्स को अलग कर सकते हैं। लेकिन किस दूरी पर हम पहचान सकते हैं कि कोई वस्तु प्रकाश की झिलमिलाहट से कहीं अधिक है? किसी वस्तु को स्थानिक रूप से विस्तारित और बिंदु-जैसी नहीं दिखाने के लिए, उससे निकलने वाले प्रकाश को कम से कम दो आसन्न रेटिना शंकुओं को सक्रिय करना चाहिए - रंग दृष्टि के लिए जिम्मेदार कोशिकाएं। आदर्श परिस्थितियों में, आसन्न शंकुओं को उत्तेजित करने के लिए किसी वस्तु को कम से कम 1 आर्कमिनट या डिग्री के छठे हिस्से के कोण पर स्थित होना चाहिए। यह कोणीय माप वही रहता है चाहे वस्तु निकट हो या दूर (दूर की वस्तु निकट की वस्तु के समान कोण पर होने के लिए बहुत बड़ी होनी चाहिए)। पूर्ण चंद्रमा 30 आर्कमिनट के कोण पर स्थित होता है, जबकि शुक्र लगभग 1 आर्कमिनट के कोण पर एक विस्तारित वस्तु के रूप में मुश्किल से दिखाई देता है।

बारे में बात करना अद्भुत गुणहमारी दृष्टि - दूर की आकाशगंगाओं को देखने की क्षमता से लेकर अदृश्य प्रतीत होने वाली प्रकाश तरंगों को पकड़ने की क्षमता तक।

जिस कमरे में आप हैं उसके चारों ओर देखें - आप क्या देखते हैं? दीवारें, खिड़कियाँ, रंग-बिरंगी वस्तुएँ - ये सब बहुत परिचित और सामान्य प्रतीत होते हैं। यह भूलना आसान है कि हम अपने आस-पास की दुनिया को केवल फोटॉनों की बदौलत देखते हैं - प्रकाश कण जो वस्तुओं से परावर्तित होते हैं और रेटिना से टकराते हैं।

हमारी प्रत्येक आंख के रेटिना में लगभग 126 मिलियन प्रकाश-संवेदनशील कोशिकाएं होती हैं। मस्तिष्क इन कोशिकाओं से उन पर पड़ने वाले फोटॉन की दिशा और ऊर्जा के बारे में प्राप्त जानकारी को समझ लेता है और इसे आसपास की वस्तुओं के विभिन्न आकार, रंग और रोशनी की तीव्रता में बदल देता है।

मानवीय दृष्टि की अपनी सीमाएँ हैं। अत: हम उत्सर्जित रेडियो तरंगों को नहीं देख पाते हैं इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों, सबसे छोटे बैक्टीरिया को नग्न आंखों से नहीं देखा जा सकता है।

भौतिकी और जीव विज्ञान में प्रगति के लिए धन्यवाद, प्राकृतिक दृष्टि की सीमाएं निर्धारित की जा सकती हैं। न्यूयॉर्क यूनिवर्सिटी में मनोविज्ञान और न्यूरोबायोलॉजी के प्रोफेसर माइकल लैंडी कहते हैं, "हम जो भी वस्तु देखते हैं उसकी एक निश्चित 'सीमा' होती है जिसके नीचे हम उन्हें पहचानना बंद कर देते हैं।"

आइए सबसे पहले रंगों को अलग करने की हमारी क्षमता के संदर्भ में इस सीमा पर विचार करें - शायद दृष्टि के संबंध में सबसे पहली क्षमता जो दिमाग में आती है।

भेद करने की हमारी क्षमता, उदा. बैंगनीमैजेंटा से रेटिना पर प्रहार करने वाले फोटॉन की तरंग दैर्ध्य से संबंधित है। रेटिना में दो प्रकार की प्रकाश-संवेदनशील कोशिकाएँ होती हैं - छड़ें और शंकु। शंकु रंग धारणा (तथाकथित दिन दृष्टि) के लिए जिम्मेदार हैं, और छड़ें हमें कम रोशनी में भूरे रंग के रंगों को देखने की अनुमति देती हैं - उदाहरण के लिए, रात में (रात्रि दृष्टि)।

मानव आंख में तीन प्रकार के शंकु और इसी प्रकार की संख्या में ऑप्सिन होते हैं, जिनमें से प्रत्येक विशेष रूप से प्रकाश तरंग दैर्ध्य की एक विशिष्ट श्रृंखला के साथ फोटॉन के प्रति संवेदनशील होता है।

एस-प्रकार के शंकु दृश्यमान स्पेक्ट्रम के बैंगनी-नीले, लघु-तरंग दैर्ध्य भाग के प्रति संवेदनशील होते हैं; एम-प्रकार के शंकु हरे-पीले (मध्यम तरंग दैर्ध्य) के लिए जिम्मेदार हैं, और एल-प्रकार के शंकु पीले-लाल (लंबी तरंग दैर्ध्य) के लिए जिम्मेदार हैं।

ये सभी तरंगें, साथ ही उनका संयोजन, हमें इंद्रधनुष के रंगों की पूरी श्रृंखला देखने की अनुमति देता है। "सभी स्रोत मनुष्यों के लिए दृश्यमानलैंडी कहते हैं, "रोशनी, कुछ कृत्रिम रोशनी (जैसे अपवर्तक प्रिज्म या लेजर) को छोड़कर, विभिन्न लंबाई की तरंग दैर्ध्य का मिश्रण उत्सर्जित करती है।"

प्रकृति में मौजूद सभी फोटॉन में से, हमारे शंकु केवल बहुत ही संकीर्ण सीमा (आमतौर पर 380 से 720 नैनोमीटर तक) में तरंग दैर्ध्य द्वारा विशेषता वाले फोटॉन का पता लगाने में सक्षम हैं - इसे स्पेक्ट्रम कहा जाता है दृश्यमान विकिरण. इस सीमा के नीचे इन्फ्रारेड और रेडियो स्पेक्ट्रा हैं - बाद वाले कम ऊर्जा वाले फोटॉनों की तरंग दैर्ध्य मिलीमीटर से लेकर कई किलोमीटर तक भिन्न होती है।

दृश्यमान तरंग दैर्ध्य सीमा के दूसरी तरफ पराबैंगनी स्पेक्ट्रम है, उसके बाद एक्स-रे, और फिर फोटॉनों के साथ गामा किरण स्पेक्ट्रम है जिनकी तरंग दैर्ध्य एक मीटर के खरबवें हिस्से से कम है।

यद्यपि हममें से अधिकांश लोगों की दृश्य स्पेक्ट्रम में दृष्टि सीमित होती है, एफ़ाकिया से पीड़ित लोग - आँख में लेंस की अनुपस्थिति (परिणामस्वरूप) शल्य चिकित्सामोतियाबिंद के साथ या, कम सामान्यतः, के कारण जन्म दोष) - पराबैंगनी तरंगों को देखने में सक्षम हैं।

स्वस्थ आंखों में लेंस पराबैंगनी तरंगों को रोकता है, लेकिन इसकी अनुपस्थिति में व्यक्ति लगभग 300 नैनोमीटर लंबाई तक की तरंगों को नीले-सफेद रंग में देख पाता है।

2014 के एक अध्ययन में कहा गया है कि, कुछ अर्थों में, हम सभी इन्फ्रारेड फोटॉन देख सकते हैं। यदि ऐसे दो फोटॉन लगभग एक साथ एक ही रेटिना कोशिका से टकराते हैं, तो उनकी ऊर्जा को मोड़कर संक्षेपित किया जा सकता है अदृश्य लहरेंलंबाई, मान लीजिए, 1000 नैनोमीटर दृश्य तरंग 500 नैनोमीटर लंबी (हममें से अधिकांश लोग इस लंबाई की तरंगों को ठंडे हरे रंग के रूप में देखते हैं)।

हम कितने रंग देखते हैं?

आंख में स्वस्थ व्यक्तितीन प्रकार के शंकु, जिनमें से प्रत्येक रंग के लगभग 100 विभिन्न रंगों को अलग करने में सक्षम है। इस कारण से, अधिकांश शोधकर्ताओं का अनुमान है कि हम लगभग दस लाख रंगों में अंतर कर सकते हैं। हालाँकि, रंग धारणा बहुत व्यक्तिपरक और व्यक्तिगत है।

जेमिसन जानता है कि वह किस बारे में बात कर रहा है। वह टेट्राक्रोमैट्स की दृष्टि का अध्ययन करती है - रंगों को अलग करने की वास्तव में अलौकिक क्षमता वाले लोग। टेट्राक्रोमेसी दुर्लभ है और ज्यादातर मामलों में महिलाओं में होती है। नतीजतन आनुवंशिक उत्परिवर्तनउनके पास एक अतिरिक्त, चौथे प्रकार का शंकु है, जो मोटे अनुमान के अनुसार, उन्हें 100 मिलियन रंग तक देखने की अनुमति देता है। (रंग-अंध लोगों, या डाइक्रोमैट्स में केवल दो प्रकार के शंकु होते हैं - वे 10,000 से अधिक रंगों में अंतर नहीं कर सकते हैं।)

किसी प्रकाश स्रोत को देखने के लिए हमें कितने फोटॉनों की आवश्यकता होती है?

सामान्य तौर पर, शंकु को छड़ की तुलना में बेहतर ढंग से कार्य करने के लिए बहुत अधिक प्रकाश की आवश्यकता होती है। इस कारण से, कम रोशनी में, रंगों को अलग करने की हमारी क्षमता कम हो जाती है, और छड़ें काम में ले ली जाती हैं, जिससे काले और सफेद दृश्य मिलते हैं।

आदर्श प्रयोगशाला स्थितियों के तहत, रेटिना के उन क्षेत्रों में जहां छड़ें काफी हद तक अनुपस्थित हैं, शंकु को केवल कुछ फोटॉन द्वारा सक्रिय किया जा सकता है। हालाँकि, छड़ी सबसे मंद रोशनी को भी दर्ज करने का बेहतर काम करती है।

जैसा कि 1940 के दशक में पहली बार किए गए प्रयोगों से पता चला है, प्रकाश की एक मात्रा हमारी आँखों को देखने के लिए पर्याप्त है। स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी में मनोविज्ञान और इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के प्रोफेसर ब्रायन वांडेल कहते हैं, "एक व्यक्ति एक ही फोटॉन देख सकता है। रेटिना का अधिक संवेदनशील होने का कोई मतलब नहीं है।"

1941 में, कोलंबिया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक प्रयोग किया - वे विषयों को एक अंधेरे कमरे में ले गए और उनकी आँखों को अनुकूलन के लिए एक निश्चित समय दिया। पूर्ण संवेदनशीलता प्राप्त करने के लिए छड़ों को कई मिनटों की आवश्यकता होती है; यही कारण है कि जब हम किसी कमरे में लाइट बंद कर देते हैं, तो कुछ देर के लिए हम कुछ भी देखने की क्षमता खो देते हैं।

फिर एक चमकती नीली-हरी रोशनी को विषयों के चेहरे पर निर्देशित किया गया। सामान्य संभावना से अधिक संभावना के साथ, प्रयोग प्रतिभागियों ने प्रकाश की एक चमक दर्ज की जब केवल 54 फोटॉन रेटिना से टकराए।

प्रकाश-संवेदनशील कोशिकाओं द्वारा रेटिना तक पहुंचने वाले सभी फोटॉन का पता नहीं लगाया जाता है। इसे ध्यान में रखते हुए, वैज्ञानिक इस निष्कर्ष पर पहुंचे हैं कि रेटिना में पांच अलग-अलग छड़ों को सक्रिय करने वाले केवल पांच फोटॉन एक व्यक्ति को फ्लैश देखने के लिए पर्याप्त हैं।

सबसे छोटी और सबसे दूर दिखाई देने वाली वस्तुएँ

निम्नलिखित तथ्य आपको आश्चर्यचकित कर सकते हैं: किसी वस्तु को देखने की हमारी क्षमता उसके भौतिक आकार या दूरी पर बिल्कुल भी निर्भर नहीं करती है, बल्कि इस बात पर निर्भर करती है कि इसके द्वारा उत्सर्जित कम से कम कुछ फोटॉन हमारे रेटिना से टकराएंगे या नहीं।

लैंडी कहते हैं, "आंख को किसी चीज को देखने के लिए वस्तु द्वारा उत्सर्जित या परावर्तित प्रकाश की एक निश्चित मात्रा की आवश्यकता होती है।" "यह सब रेटिना तक पहुंचने वाले फोटॉनों की संख्या पर निर्भर करता है। प्रकाश स्रोत कितना भी छोटा क्यों न हो, भले ही यह एक सेकंड के एक अंश के लिए भी मौजूद हो, फिर भी अगर यह उत्सर्जित होता है तो हम इसे देख सकते हैं पर्याप्त गुणवत्ताफोटॉन"।

मनोविज्ञान की पाठ्यपुस्तकों में अक्सर यह कथन होता है कि बादल रहित, अंधेरी रात में, मोमबत्ती की लौ को 48 किमी की दूरी से देखा जा सकता है। वास्तव में, हमारे रेटिना पर लगातार फोटॉनों की बमबारी होती रहती है, जिससे प्रकाश की एक मात्रा उत्सर्जित होती है लम्बी दूरी, बस उनकी पृष्ठभूमि में खो जाता है।

हम कितनी दूर तक देख सकते हैं इसका अंदाज़ा लगाने के लिए, आइए तारों से भरे रात के आकाश को देखें। तारों का आकार बहुत बड़ा है; जिन्हें हम नग्न आंखों से देखते हैं उनमें से कई का व्यास लाखों किलोमीटर तक होता है।

हालाँकि, हमारे निकटतम तारे भी पृथ्वी से 38 ट्रिलियन किलोमीटर से अधिक की दूरी पर स्थित हैं, इसलिए उनका स्पष्ट आकार इतना छोटा है कि हमारी आँखें उन्हें अलग करने में सक्षम नहीं हैं।

दूसरी ओर, हम अभी भी तारों को प्रकाश के चमकीले बिंदु स्रोतों के रूप में देखते हैं, क्योंकि उनके द्वारा उत्सर्जित फोटॉन हमें अलग करने वाली विशाल दूरी को पार करते हैं और हमारे रेटिना पर उतरते हैं।

सब अलग दृश्य तारेरात में आकाश हमारी आकाशगंगा - आकाशगंगा में होता है। हमसे सबसे दूर की वस्तु जिसे कोई व्यक्ति नग्न आंखों से देख सकता है वह आकाशगंगा के बाहर स्थित है और वह स्वयं है स्टार क्लस्टर- यह एंड्रोमेडा नेबुला है, जो सूर्य से 2.5 मिलियन प्रकाश वर्ष यानी 37 क्विंटल किमी की दूरी पर स्थित है। (कुछ लोग दावा करते हैं कि विशेष रूप से अंधेरी रातों में तीव्र दृष्टिउन्हें लगभग 3 मिलियन प्रकाश वर्ष की दूरी पर स्थित ट्रायंगुलम आकाशगंगा को देखने की अनुमति देता है, लेकिन इस कथन को उनके विवेक पर ही रहने दें।)

एंड्रोमेडा निहारिका में एक ट्रिलियन तारे हैं। अधिक दूरी के कारण, ये सभी प्रकाशमान हमारे लिए प्रकाश के एक बमुश्किल दिखाई देने वाले कण में विलीन हो जाते हैं। इसके अलावा, एंड्रोमेडा नेबुला का आकार बहुत बड़ा है। इतनी विशाल दूरी पर भी इसका कोणीय आकार पूर्ण चंद्रमा के व्यास का छह गुना है। हालाँकि, इस आकाशगंगा से इतने कम फोटॉन हम तक पहुँचते हैं कि यह रात के आकाश में मुश्किल से ही दिखाई देती है।

दृश्य तीक्ष्णता सीमा

हम एंड्रोमेडा नेबुला में अलग-अलग तारे क्यों नहीं देख पाते हैं? तथ्य यह है कि संकल्प, या दृश्य तीक्ष्णता, की अपनी सीमाएँ हैं। (दृश्य तीक्ष्णता एक बिंदु या रेखा जैसे तत्वों को अलग-अलग वस्तुओं के रूप में अलग करने की क्षमता को संदर्भित करती है जो आसन्न वस्तुओं या पृष्ठभूमि में मिश्रित नहीं होती हैं।)

वास्तव में, दृश्य तीक्ष्णता को कंप्यूटर मॉनीटर के रिज़ॉल्यूशन के समान ही वर्णित किया जा सकता है - पिक्सेल के न्यूनतम आकार में जिसे हम अभी भी व्यक्तिगत बिंदुओं के रूप में अलग करने में सक्षम हैं।

दृश्य तीक्ष्णता में सीमाएं कई कारकों पर निर्भर करती हैं, जैसे रेटिना के व्यक्तिगत शंकु और छड़ के बीच की दूरी। कम नहीं महत्वपूर्ण भूमिकानेत्रगोलक की ऑप्टिकल विशेषताएँ भी एक भूमिका निभाती हैं, जिसके कारण प्रत्येक फोटॉन प्रकाश-संवेदनशील कोशिका से नहीं टकराता।

सिद्धांत रूप में, शोध से पता चलता है कि हमारी दृश्य तीक्ष्णता लगभग 120 पिक्सेल प्रति कोणीय डिग्री (कोणीय माप की एक इकाई) को अलग करने की क्षमता तक सीमित है।

मानव दृश्य तीक्ष्णता की सीमाओं का एक व्यावहारिक चित्रण हाथ की लंबाई, एक नाखून के आकार पर स्थित एक वस्तु हो सकती है, जिस पर वैकल्पिक सफेद और काले रंगों की 60 क्षैतिज और 60 ऊर्ध्वाधर रेखाएं लागू होती हैं, जो एक शतरंज की बिसात की तरह दिखती हैं। लैंडी कहते हैं, "जाहिरा तौर पर, यह सबसे छोटा पैटर्न है जिसे मानव आंख अभी भी समझ सकती है।"

नेत्र रोग विशेषज्ञों द्वारा दृश्य तीक्ष्णता का परीक्षण करने के लिए उपयोग की जाने वाली तालिकाएँ इसी सिद्धांत पर आधारित हैं। रूस की सबसे प्रसिद्ध तालिका, सिवत्सेव में सफेद पृष्ठभूमि पर काले बड़े अक्षरों की पंक्तियाँ हैं, जिनका फ़ॉन्ट आकार प्रत्येक पंक्ति के साथ छोटा होता जाता है।

किसी व्यक्ति की दृश्य तीक्ष्णता फ़ॉन्ट के आकार से निर्धारित होती है जिस पर वह अक्षरों की रूपरेखा को स्पष्ट रूप से देखना बंद कर देता है और उन्हें भ्रमित करना शुरू कर देता है।

यह दृश्य तीक्ष्णता की सीमा है जो इस तथ्य को स्पष्ट करती है कि हम नग्न आंखों से देखने में सक्षम नहीं हैं जैविक कोशिका, जिसका आयाम केवल कुछ माइक्रोमीटर है।

लेकिन इस पर शोक मनाने की जरूरत नहीं है. दस लाख रंगों को अलग करने, एकल फोटॉनों को पकड़ने और कई क्विंटल किलोमीटर दूर आकाशगंगाओं को देखने की क्षमता काफी अच्छा परिणाम है, यह देखते हुए कि हमारी दृष्टि आंखों की सॉकेट में जेली जैसी गेंदों की एक जोड़ी द्वारा प्रदान की जाती है, जो 1.5 किलोग्राम छिद्रपूर्ण द्रव्यमान से जुड़ी होती है। खोपड़ी में.