Как отмечалось выше, показатель преломления хрусталика (n 3=1.39, см. Рис.6, а) мало отличается от показателя преломления внутриглазной жидкости (n 2= n 4=1.33). Показатель преломления роговицы (n 1=1.37) отличается от показателя преломления внутриглазной жидкости ещё меньше. У света, попадающего в глаз, преломление, практически, не происходит ни на внутренней поверхности роговицы, ни на поверхностях хрусталика. Поэтому глаз можно считать оптически однородным телом, с единственной преломляющей поверхностью – передней поверхностью роговицы – и одинаковым для всего объёма эффективным показателем преломления n эфф (Рис.6, б).
Рис.6. Схемы реального глаза (а) и оптически однородного глаза (б).
Значение n эфф рассчитывается из условия, что оптически однородный глаз, с единственной преломляющей поверхностью, обладает такой же преломляющей способностью – т.е. так же фокусирует свет – как и реальный глаз, с четырьмя преломляющими поверхностями. Это условие, на основе закона синусов для преломления света, в приближении малых углов даёт равенство
,
откуда n эфф=1.43.
Заметим, что, в модели оптически однородного глаза, его преломляющая способность определяется всего двумя параметрами – эффективным показателем преломления и радиусом кривизны поверхности роговицы: чем этот радиус больше, тем преломляющая способность меньше. Эту преломляющую способность можно наглядно проиллюстрировать, если найти положения точек, в которые оптически однородный глаз собирает лучи света от точечных источников, находящихся на различных расстояниях от глаза. Для этого следует рассчитывать преломление света на единственной сферической поверхности, т.е. на роговице. При этом следует брать не заниженное значение её радиуса, 5.7 мм, дающее фокусировку вблизи сетчатки (как это делается в модели приведённого глаза [Л1]), а реальное значение – которое считается равным, в среднем, 7.7 мм [С1,С2]. Если преломляющая сила оптически однородного глаза окажется недостаточна для того, чтобы сфокусировать лучи от точечного источника в точку перед сетчаткой или на сетчатке, то, для нахождения точек фокусировки для таких случаев, следует формально допустить, что оптически однородная среда глаза не заканчивается на сетчатке, а продолжается и за ней. Расстояние от преломляющей поверхности роговицы до точки фокусировки представлено на Рис.7 как функция от расстояния до точечного источника, расположенного на зрительной
Рис.7. Преломляющая способность оптически однородного глаза.
оси. Учитывая, что длина глаза составляет у взрослого человека 24.0-24.27 мм [С1], мы обнаруживаем, что, даже при удалённом на бесконечность точечном источнике, точка фокусировки его света находится за сетчаткой – не говоря уже о точках фокусировки света от ближних точечных источников. Таким образом, из модели оптически однородного глаза прямо следует, что анатомически нормальный глаз является, по традиционным меркам, радикально дальнозорким. Как иллюстрирует Рис.7, если бы зрительный аппарат добивался чётких изображений на сетчатке, и делал бы это через удлинение глазного яблока, то удлинение в 1.5 мм требовалось бы даже для дальних предметов – а для ближних предметов оно достигало бы 7 мм и более! Конечно же, ничего подобного не происходит – иначе, при рассматривании ближних предметов, удлинённые глазные яблоки вылезали бы из орбит.
Обратим внимание: если свет от точечных источников собирается глазом в точки, которые всегда находятся за сетчаткой, то изображения точечных источников на сетчатке всегда представляют собой световые кружки. Размеры этих кружков гораздо больше, чем дифракционный предел, поэтому их можно находить, используя только законы геометрической оптики – из которых следует, что размер светового кружка на сетчатке тем больше, чем больше диаметр зрачка. Диаметры световых кружков на сетчатке оптически однородного глаза, в зависимости от расстояний до точечного источника, при n эфф=1.43,
Рис.8. Размеры изображений точечных источников на сетчатке
при разных диаметрах зрачка.
радиусе роговицы 7.7 мм и длине глаза 24.2 мм, показаны на Рис.8 для трёх диаметров зрачка: 2, 4 и 6 мм. Размеры этих световых кружков огромны по сравнению с поперечным размером «пикселя» сетчатки – у колбочки он составляет 5-6 мкм. Каким же образом пространственное разрешение нормально работающего зрительного аппарата может быть примерно равно поперечному размеру колбочки? Никакими известными нам методами не удастся обработать чудовищно размытую картинку на сетчатке так, чтобы получить из этой чудовищно размытой картинки чёткое изображение – с разрешением, которое определяется поперечным размером «пикселя».
Надо как следует осознать эту горькую правду – чтобы понять, что наш зрительный аппарат работает совершенно не так, как неодушевлённые оптические инструменты.
Виртуальная фокусировка и формирование трёхмерного отображения предметов.
При допущении того, что в зрительном аппарате человека задействован достаточно мощный зрительный процессор, мы усматриваем изящную возможность формирования чёткого трёхмерного отображения всех предметов, находящихся в зрительном поле – без механической «настройки фокуса» на ближние или дальние предметы.
Чтобы решалась эта задача, для каждого попадающего в обработку кванта света требуется детектировать не просто попадание в тот или иной фоторецептор, расположенный на двумерной поверхности дна глазного яблока, а требуется детектировать отрезок прямолинейного пути, по которому квант передаётся перед тем, как поглотиться на задней поверхности сетчатки. Для детектирования такого «финишного отрезка» одного кванта света, было бы достаточно зафиксировать две точки, через которые этот квант передаётся – поскольку прямая строится по двум точкам. Тогда зрительный процессор смог бы рассчитать продолжение «финишного отрезка» – за сетчатку. По законам геометрической оптики, сходящиеся пути всех попавших в глаз квантов света, вышедших из одного неподвижного точечного источника, пересекались бы тоже в одной точке – которая, как следует из модели оптически однородного глаза, находится позади сетчатки. Значит, если зрительный процессор обнаружит, что расчётные продолжения путей нескольких квантов света пересекаются в одной точке за сетчаткой (такую точку будем называть точкой виртуальной фокусировки), то это может означать, что все эти кванты вышли из одной точки внешнего мира. В системе координат, связанной с глазным яблоком, зрительный процессор сможет однозначно рассчитать не только направление на эту точку-источник, но и расстояние до неё. Таким образом, на основе трёхмерной картины всех точек виртуальной фокусировки попадающего в глаз света, возможна реконструкция трёхмерной картины точек-источников этого света – что и означает реконструкцию картины предметов, находящихся в зрительном поле.
О том, что в зрительном аппарате человека реализован вышеописанный способ виртуальной фокусировки, подсказывает одна особенность строения сетчатки – которая, с позиций традиционных подходов, выглядит настолько странно, что сетчатку называют «вывернутой наизнанку» (с подачи Р.Фейнмана, см. [И1]). Действительно: слой палочек и колбочек, которые считаются фоторецепторами, находится на задней поверхности сетчатки. При том, что длина палочки и колбочки – а, значит, и толщина слоя, который занимают эти клетки – составляет 50-60 мкм, толщина сетчатки составляет несколько десятых миллиметра и достигает, в самых толстых местах, 0.4-0.5 мм. Прежде чем добраться до палочек и колбочек, свет должен пройти через передние слои сетчатки, которые в сумме составляют до 0.9 от её полной толщины. Эти слои – в которых находятся непоглощающие свет клетки, их аксоны (нервные волокна) и даже кровеносные капилляры – казалось бы, только мешают работать фоторецепторам! Академики выдвинули версию, согласно которой Природа упрятала «рецепторный слой нашей сетчатки » поглубже «для того, чтобы содержать его при постоянной температуре » [И1]. Можно подумать, что внутриглазная жидкость, от контакта с которой Природа спасла рецепторы сетчатки, испытывает у теплокровного существа такие броски температуры, которые серьёзно расстроили бы работу этих рецепторов, вызывая «ложные зрительные иллюзии-призраки » [И1].
Что же говорит о названной особенности строения сетчатки наша модель? Как иллюстрирует Рис.9, передний клеточный слой сетчатки образован т.н. ганглиозными клетками. Исходя из того факта, что аксоны именно ганглиозных клеток собираются в пучок, образующий зрительный нерв [С1], можно заподозрить, что, во-первых, ганглиозные клетки играют важную роль в фоторецепции, и, во-вторых, их расположение в переднем слое сетчатки имеет совершенно конкретное назначение. Для детектирования «финишных отрезков» квантов света с наилучшим пространственно-угловым разрешением, желательно
Рис.9. Схема послойного строения сетчатки [ВЕБ5].
увеличить зазор между двумя точками регистрации каждого кванта, т.е. выгодно сделать один слой регистраторов на передней стороне сетчатки, а второй – на задней. Мы полагаем, что «передние регистраторы» находятся в ганглиозных клетках, а «задние» - в палочках и колбочках. О том, что для фоторецепции необходимо именно взаимосогласованное функционирование пар клеток, из переднего и заднего слоёв сетчатки, косвенно свидетельствует характер связей [ВЕБ6] между ганглиозными клетками и палочками-колбочками – через т.н. биполярные клетки и их синапсы (см. Рис.9). В области центральной ямки, приспособленной для наиболее острого зрения, с каждой ганглиозной клеткой связана одна напротив расположенная колбочка. По-видимому, такие связки клеток способны детектировать только те «финишные отрезки» квантов света, которые проходят вблизи зрительной оси, практически, параллельно ей. По мере же удаления от центральной ямки, с каждой ганглиозной клеткой связано всё больше клеток задней поверхности, особенно палочек – при этом снижается острота зрения, но зато увеличивается чувствительность к быстрым изменениям в поле зрения.
Заметим, что детектирование – по двум точкам – прямолинейных путей квантов света технически невозможно, если верны представления официальной науки о движении квантов света, как о полёте фотонов. Согласно этим представлениям, фотон может проявить себя в некоторой точке, до которой он долетел, только через его поглощение в этой точке атомом или молекулой – при этом фотон пропадает. Он, впрочем, может быть немедленно переизлучён, но новое направление его полёта может сильно отличаться от того, которое предшествовало его поглощению. Поэтому сама постановка задачи на детектирование «отрезка» прямолинейного полёта фотона считается бессмысленной.
Согласно же концепции «цифрового» физического мира [Г1], свет – это не летящие фотоны. Световая энергия не существует вне атомов, световая энергия – это энергия световых квантовых возбуждений атомов, и движение кванта света – это цепочка перебросов энергии квантового возбуждения с атома на атом, без прохождения по разделяющему атомы пространству. Такой квантовый переброс производится сразу после того, как для атома, имеющего энергию светового возбуждения, программа-Навигатор в индивидуальном порядке найдёт атома-адресата, которому будет переброшена эта энергия. В однородной прозрачной среде происходит так, что прямолинейный поиск, будучи доведён (со скоростью света) до очередного атома, продолжается далее и далее – и завершается на том атоме, на который будет, наконец, произведён квантовый переброс, т.е. на котором «прозрачность» среды для данного кванта закончится. При этом, с каждым атомом, которого «коснулся» поисковый луч, остаётся ассоциирована информация об этом событии. А поскольку поисковый луч для каждого кванта имеет индивидуальный идентификатор, то по любой паре атомов, которых «коснулся» один и тот же поисковый луч, можно идентифицировать прямолинейный путь одного кванта света.
По логике нашей модели, первый из двух атомов, по которым идентифицируется прямолинейный путь кванта света, оказывается в одной из ганглиозных клеток (на этом атоме поиск не завершается, квант не поглощается), а второй – в одной из палочек или колбочек (на этом атоме поиск завершается, квант поглощается). Так и обеспечивается возможность виртуальной фокусировки попадающего в глаз света. А при использовании виртуальной фокусировки, зрительный процессор формирует чёткие визуальные образы, обрабатывая не размытые изображения на сетчатке, а чёткую виртуальную картинку за сетчаткой.
Интересно, что зрительный процессор формирует чёткий визуальный образ, когда глаз смотрит не только на реальный предмет, но и на иллюзию – его голографическое изображение, которое видится в том месте, которое занимал реальный предмет при записи голограммы: образ предмета может видеться парящим перед голографической пластинкой или позади неё. Здесь иллюзия видения реального трёхмерного предмета возникает потому, что голограмма направляет кванты света по таким же путям, по каким они движутся от реального предмета – и свет, идущий от голограммы, даёт такую же картинку точек виртуальной фокусировки за сетчаткой, как и свет, идущий от реального предмета. Впрочем, имеется разница, которая даёт возможность убедиться в иллюзорности голографического образа дистанционно, «не трогая» его. Дело в том, что свет, идущий от голограммы, имитирует движение света от реального предмета только начиная с некоторого расстояния от голограммы. Если оптический инструмент находится к голограмме ближе, чем это расстояние, то, вместо образа предмета, регистрируется нечто неадекватное.
Заметим, что реконструкция образов как ближних, так и дальних предметов, на основе картинки точек виртуальной фокусировки, выполняется по одним и тем же алгоритмам. Ни ближние, ни дальние предметы не имеют преимуществ по чёткости реконструкции – которая и для тех, и для других определяется одним и тем же угловым разрешением глаза. Для того, чтобы зрительный процессор мог формировать чёткие визуальные образы либо тех, либо других предметов, требуется механизм селекции. Мы полагаем, что важную роль в этом механизме селекции играют микродвижения глаз.