Глаз и Солнце

Рис. 35

Распределение энергии в спектре Солнца при различных высотах над горизонтом

На рисунке 36 приведена средняя годичная кривая распределения энергии полуденного Солнца (верхняя кривая). Разумеется, для глаза важна именно такая усредненная кривая. Из кривой явствует, что для «среднего» Солнца энергия в области 450–650 mµ распределена почти равномерно, но она резко падает в сторону более коротких и длинных волн. Иначе говоря, кривая видности, отмеченная на рисунке 36 заштрихованной площадью I, расположена в наиболее выгодной части кривой распределения среднего солнечного света.

Если бы задачей глаза было только возможно более экономичное восприятие световой энергии, то, разумеется, равномерная чувствительность во всем интервале 0,4–0,7 µ была бы лучшим решением задачи.

Но рассуждая так, мы подходим к вопросу слишком упрощенно и грубо. Биологически существенна не абсолютная чувствительность глаза к тем или иным световым волнам, а умение возможно лучше отличать освещенные предметы один от другого. Биологически видеть это не значит просто получить зрительное ощущение, а умение различать подробности окружающего. Узость и резкость кривой видности в значительной мере ослабляют влияние хроматической аберрации, что повышает отчетливость изображения на сетчатке. Этому же помогает различие отражательной способности для разных длин волн у разных тел. При этом чрезвычайно важно, что резкость контраста яркостей окраски разных тел окружающего чрезвычайно увеличивается оттого, что кривая видности глаза не пологая, а имеет резкий максимум и круто падает в обе стороны спектра. Именно поэтому предметы окружающего мира резко отделяются для глаза один от другого.

Рис. 36

Средняя годичная кривая распределения энергии полуденного Солнца для средних широт (верхняя кривая) I – кривая дневной видности; II – кривая сумеречной видности; III – кривая поглощения хлорофилла

Вернемся к тому, о чем шла речь в главе о свете, – к интерференционным кольцам Ньютона. Оказывается, что если бы мы стали промерять энергию, отраженную от линзы и стекла, прибором, одинаково чувствительным к любым волнам (этот прибор – термоэлемент), то мы совсем не заметили бы колец Ньютона! Только потому, что кривая видности глаза имеет форму довольно узкой кривой с резким максимумом, глаз хорошо видит эти кольца. С очень широкой кривой чувствительности глаза мы не увидели бы вокруг себя очень многого.

Следует заметить, что кривая видности для денного зрения почти совпадает со средней кривой распределения энергии солнечного света, отражаемого и рассеиваемого зелеными растениями. Это обстоятельство, конечно, весьма выгодно для существа, живущего среди растений и в значительной мере питающегося ими.

Перед нами пример удачного приспособления глаза к реальным условиям жизни на Земле и доказательство действительного родства глаза и Солнца.

При очень слабых освещенностях кривая видности довольно резко изменяется. На рисунках 34 и 36 слева дана кривая видности для слабых освещений: мы замечаем, что она значительно сдвинута в синюю область спектра сравнительно с кривой для ярких освещений. Физиологи дают такое объяснение этой особенности сумеречного зрения. В сетчатке, как мы видели, есть два вида светочувствительных элементов – колбочки и палочки. В денном зрении главную роль играют колбочки, но чувствительность их невелика; при ослаблении света они перестают действовать, и на сцену выступают палочки с другой кривой видности. С этой точки зрения кривая I на рисунке 36 соответствует «денным» колбочкам, а кривая II – «ночным» палочкам.

Если денная кривая видности есть итог приспособления глаза к солнечному свету, рассеянному атмосферой, зеленью и пр., то, казалось бы, мы вправе ожидать, что «ночная» кривая приспособлена к ночному небу. Свечение ночного неба (если на нем нет Луны, рассеивающей прямой солнечный свет) слагается из света звезд, из ничтожного рассеяния солнечных лучей, даже глубокой ночью слегка проникающих в атмосферу, и, наконец, из собственного свечения неба, составляющего значительную часть общего свечения. Это собственное свечение неба объясняется излучением атомов кислорода и азота в верхних слоях атмосферы. Спектр ночного свечения неба линейчатый, в особенности ярка зеленая линия с длиной волны 558 mµ. Собственное свечение неба достигает максимума около полуночи. Однако в вопросе о приспособленности «ночной» кривой видности к ночному небу до сего времени остаются некоторые трудности. Измерения суммарного распределения энергии света от звезд и от свечения неба еще недостаточны. По опытам П. П. Феофилова, произведенным зимою 1941 года, суммарное распределение энергии ночного неба оказалось эквивалентным черному излучателю с температурой 400°, т. е. было краснее, а не синее, как ожидалось. Измерения эти не могут, однако, считаться общезначимыми, они должны быть повторены и расширены на разные места Земли и времена года. Кроме того, еще раз важно подчеркнуть, что для глаза в трудных ночных условиях еще более чем в денных, важно не само зрительное ощущение, а возможность различения окружающих предметов одного от другого. Эти вопросы изучены еще очень мало. Нельзя думать, что перемещение кривой ночного видения в сторону коротких волн случайно. В соответствии со всем ходом развития живого естественно предположить, что указанное перемещение кривой ночной видности способствует увеличению различительной способности глаза в ночных условиях.

В отличие от глаза, который должен видеть, лист растения должен усваивать световую энергию для химических превращений. Это находит свое выражение в спектральном расположении кривой фотохимической чувствительности зеленого растения. На рисунке 36 площадью III отмечена основная кривая поглощения зеленого красящего вещества растений – хлорофилла. Ее максимум резко сдвинут по отношению к кривой дневной видности в сторону длинных волн. Насколько это биологически целесообразно, почему в данном случае выгоднее длинные волны?

Вернемся к основному фотохимическому закону, о котором мы говорили в главе о свете. Мы видели, что для осуществления химического превращения в молекуле необходимо поглотить один квант hν. Этот квант, конечно, должен по своей энергии превышать некоторую минимальную величину hν₀, требующуюся для химического разложения, иначе реакция не пойдет. Поэтому ясно, что под действием инфракрасных лучей химические процессы мало вероятны.

С другой стороны, разложение может быть осуществлено всеми поглощающимися квантами hν, энергия которых больше hν₀. Однако, сколь бы велика ни была энергия кванта, он будет поглощен только одной молекулой и произведет то же, что и квант с относительно малой энергией, но превышающей энергию hν₀. Отсюда ясно, что фотохимически для растения наиболее выгодны кванты с наименьшей энергией (но большей hν₀), т. е. с наибольшей допустимой длиной волны.

Если теперь принять во внимание кривую среднего распределения солнечного света, изображенную на рисунке 36 (верхняя кривая), то очевидно, что в равномерном участке между 450 и 650 mµ наиболее выгодно расположить кривую хлорофилла в области 600–700 mµ, где она действительно и находится.

Когда фотографу нужно переместить максимум спектральной чувствительности пластинки из одной области в другую, он прокрашивает светочувствительный слой разными органическими красителями – «сенсибилизаторами», получая таким образом фотографические слои, особо чувствительные, смотря по надобности, к красным, желтым, зеленым лучам. Совершенно то же, как мы убедились, происходит и в природе, причем сенсибилизаторами служат зрительный пурпур и хлорофилл.

Форма кривой видности имеет огромное значение для осветительной техники. В большинстве искусственных источников света используется излучение при нагревании (свечи, керосиновые лампы, лампочки накаливания и т. д.); в этом излучении только часть лучей видима, остальные бесследно пропадают для глаза. Если повышать температуру тела с черной поверхностью, то все бо́льшие порции лучистой энергии переходят из инфракрасной области в видимую, источник света становится выгоднее. Однако так будет продолжаться не всегда. При повышении температуры одновременно часть лучистой энергии перекачивает в невидимую ультрафиолетовую область. Теоретически возможно достигнуть таких температур, когда огромная часть лучистой энергии перейдет в невидимую область ультрафиолетовых и рентгеновых лучей. Значит, существует некоторая наивыгоднейшая для глаза температура накала источника света. Какова она?

Таблица 3

В таблице 3 указан процент лучистой энергии, проявляющейся как видимый свет для разных температур.

Мы видим, что наивыгоднейшей температурой будет 6000°, когда половина всей энергии превращается в видимый свет. Но это температура Солнца! Какая же связь имеется между излучением Солнца, черным телом и глазом? Не случайность ли найденное совпадение? После того что мы узнали о свете, Солнце и глазе, после того как для нас становится несомненным, что глаз развился вследствие существования Солнца, в известном смысле для Солнца и под действием Солнца, найденная связь становится вполне естественной и необходимой. И Солнце, и светящееся черное тело наблюдаются одним и тем же глазом. Но глаз приспособился к Солнцу, поэтому для него подобие спектра искусственного источника спектру Солнца есть наиболее совершенное решение задачи.

Как же разбирается глаз в спектральном составе света? Пока мы убедились только, что глаз совершенно не чувствует большинства спектральных областей, а в видимой области одни лучи кажутся ему ярче, другие слабее. Подберем яркости красного и синего света примерно одинаковыми; мы знаем, что глаз безошибочно тем не менее отличит одни лучи от других. Значит, помимо величины ощущения глаз имеет и другую возможность разбираться в спектральном составе света. В солнечном спектре глаз различает семь радужных цветов и оттенки, число которых колеблется для разных наблюдателей до нескольких сотен. Для того чтобы точно выразить способность глаза к различению цветов, можно поступить следующим образом. Будем сравнивать два соседних участка непрерывного спектра и наблюдать, на сколько миллимикронов можно изменить одну из сравниваемых областей, прежде чем глаз заметит разницу в окраске. Эта наибольшая разность длин волн в миллимикронах и может характеризовать способность различения в данной спектральной области. На рисунке 37 дана кривая различительной способности глаза, полученная таким способом. По горизонтальной оси нанесены длины волн, а по вертикальной – наибольшие допустимые разности длин волн, при которых глаз еще не замечает разности в окраске. Кривая имеет очень сложный вид. Она все же дает некоторое обоснование нашему субъективному делению спектра на радужные цвета. Все минимумы и максимумы этой кривой можно рассматривать как своего рода знаки границ между радужными цветами. Таким образом, около 445 mµ находится граница между фиолетовым и синим, у 460 mµ – граница между синим и голубым, у 500 mµ – между голубым и зеленым, у 540 mµ – между зеленым и желтым, у 600 mµ – между желтым и оранжевым. Далее, в красную область измерения не проводились.

Рис. 37

Кривая спектральной различительной способности глаза

Способностью различать цвета обладают только колбочки; при сумеречном зрении палочками краски в спектре исчезают, все кажется белесоватым. По отсутствию колбочек в сетчатке глаз сов, ночных мышей и рыб можно думать, что они не обладают цветным зрением. Мир видится им как однотонный фотографический снимок – сочетание белого и черного. Человеческий глаз имеет два разных светочувствительных аппарата. Один подобен цветной фотографии, мало чувствителен и применяется днем, другой – сумеречный или ночной, похож на однотонную, но зато крайне чувствительную обыкновенную фотографию.

Способность глаза различать цвета не может, впрочем, соперничать со спектральным анализом. Если свет пространственно разложен на простые лучи, то по разности окраски глаз довольно резко отличает одни лучи от других. Но глаз нетрудно обмануть. Можно воспроизвести любой спектральный чистый цвет, смешав три других простых цвета, например красный, зеленый и фиолетовый, в разных пропорциях. На этом основаны простейшие цветные фотография и кино.

С окрашенного предмета делают три обыкновенных снимка через цветные стекла (светофильтры) – красное, зеленое и фиолетовое. Все три негатива имеют обычный вид; с них получают фотографические отпечатки на стекле (диапозитивы). Разница трех диапозитивов в том, что на один действовали преимущественно красные лучи, на другой – зеленые, на третий – фиолетовые; поэтому светотень распределяется на снимках по-разному. Диапозитивы окрашивают в цвет того стекла, через которое они были сняты. Если теперь навести световые пучки трех проекционных фонарей на одно место экрана и вставить в фонари прокрашенные диапозитивы, то красное, зеленое и фиолетовое изображения наложатся друг на друга, в результате чего на экране появится снятый предмет во всех натуральных цветах. Из трех цветов получатся все остальные. Если, например, одна часть снимаемого предмета была белой, то от нее в аппарат пройдут лучи через все три стекла. Поэтому при сложении цветов на экране в этом месте будут накладываться друг на друга красный, зеленый и фиолетовый цвета; вместе они дают для глаза белую окраску. Если часть предмета была желтой, то лучи от нее пройдут через красное и зеленое стекла, но не пройдут через синее; на синем диапозитиве в этом месте будет черное пятно, не пропускающее света. В итоге на экран попадут только красный и зеленый цвета, которые вместе для глаза создают впечатление желтого и т. д. Современная цветная фотография по своей технике много сложнее описанного простого приема. Однако во всех так называемых «аддитивных» методах мы имеем по существу тот же принцип.[9]

Для того чтобы получить любой цвет спектра, вообще говоря, нужны три простых цвета в разных пропорциях. Но эти же три цвета вместе могут создавать и окраски, которых в спектре нет, например белую и пурпуровую. Если подмешивать к простому цвету, положим красному, белый, то окраска остается красной, но она становится все более и более разбавленной, уменьшается ее насыщенность. Следовательно, из одного простого красного цвета можно получить бесконечное разнообразие красных цветов в разной насыщенности – от чисто красного до белого. Вообще любая окраска для глаза характеризуется тремя признаками: яркостью, цветностью и насыщенностью. Таким образом, разнообразие окрасок, видимых человеком, бесконечно больше, чем число цветов видимого спектра. Глаз с этой точки зрения – очень мало пригодный прибор для спектрального анализа света.

В военном деле для маскировки орудий, окопов и пр. от глаз неприятеля применяется окраска под цвет почвы, травы и т. д. Несмотря на значительную спектральную разницу света, отраженного от маскированного предмета и окружающего фона, человеческий глаз легко может быть введен в заблуждение; только спектроскоп в состоянии вскрыть обман. В животном мире маскировка, приспособление животного под цвет местности, чрезвычайно распространена; многие насекомые имеют зеленый цвет листьев и травы, зайцы меняют шерсть, приспособляясь зимой к белому снежному покрову, а летом к бурому тону почвы и т. д. Весьма значительно, что очень часто цвет маскированного животного не только на взгляд, для глаза, имеет окраску окружающего, но совпадает с нею и по спектральному составу. Эта совершенная защита заставляет подозревать, что, может быть, качества глаз некоторых животных, врагов тех, которые маскируются от их взгляда, несколько совершеннее, чем у человека.

Несовершенство глаза как спектроскопа вполне понятно. Физику удается разложить сложный свет на простой только пространственным разделением входящих в него простых лучей путем применения призм и других приборов.[10] Оценить спектральный состав без пространственного разделения лучей можно только очень грубо, по особенным действиям отдельных спектральных участков на вещество. Например, красные лучи на фотографическую пластинку действуют слабо, синие сильно. Приходится поистине поражаться тому, что каждый простой цвет вызывает в глазе свое особенное действие, независимо от энергии, хотя никакого пространственного распределения лучей нет. В наших искусственных приборах всегда можно имитировать действие одних лучей действием других, подобрав энергию, если только исследуются непрерывные спектры. Как достигается такое высокое совершенство в сетчатке глаза, мы достоверно до сих пор не знаем. Предполагается, что в сетчатке имеется три различных вида светочувствительных элементов, каждый со своей особенной широкой полосой возбуждения (рис. 38). Если, например, падает красный цвет, то затрагиваются все три элемента, все они поглощают красный цвет, но в разной степени. Глаз чувствует эту разницу, что и сопровождается ощущением красного цвета. Зеленый цвет также возбуждает все три элемента, но в иных отношениях, чем красный, и т. д. Ощущение суммы возбуждений во всех трех элементах соответствует яркости падающего света, а ощущение отношений возбуждений в трех разных элементах – ощущению цвета. Если бы остался только один элемент, то об отношениях не имело бы смысла говорить, не было бы ощущения цвета, хотя впечатление яркости оставалось бы по-прежнему. Такое представление хорошо объясняет возможность сложения любого цвета из трех других, случаи цветовой слепоты (дальтонизм и др.), когда глаз теряет ощущение цветности в некоторых участках спектра, и т. д. Но до сих пор эта теория не получила безукоризненного анатомического подтверждения.

Рис. 38

Кривые трех «основных возбуждений» По оси ординат – чувствительность в относительных единицах

Обладание цветовым зрением необычайно повышает ценность зрительных восприятий. Цветовое зрение дает возможность очень быстро и по-новому различать предметы. Представим себе, что цветовых восприятий нет, что мы судим о различии предметов, как по обычной фотографии, только по количеству рассеиваемого света. При этом две поверхности, например желтая и зеленая, фотометрически равные, казались бы не различимыми, картина окружающего мира сразу обеднела бы подробностями. Кроме того, цветовые различия воспринимаются чрезвычайно быстро, в то время как для установления небольших отличий в яркости (тем более отдаленных друг от друга предметов) требуется длительное время и даже количественные измерения. Мы не говорим уже о чисто художественном элементе цветового восприятия.

Ввиду этих громадных преимуществ цветового восприятия очень полезно перенести цветность даже в такие области, где она, казалось бы, исключена по самому существу, например при изучении предметов в невидимых ультрафиолетовых или инфракрасных лучах. Между тем это вполне возможно, как это в микроскопии показал Е. М. Брумберг.

Предположим, что мы фотографируем под микроскопом некоторый препарат в ультрафиолетовых лучах. Сделаем три снимка в различных трех волнах, позаботившись о том, чтобы все они были одинакового масштаба. Фотографии, полученные в трех ультрафиолетовых волнах, будут вообще разные, так как различные волны поглощаются сильнее или слабее. Поступим теперь с тремя полученными «черными» фотографиями точно так же, как при цветном фотографировании. Спроецируем их через различные цветные стекла, например красное, зеленое и фиолетовое, при помощи фонарей на один и тот же экран и совместим три изображения. Мы получим цветную фотографию от объекта, снятого в невидимых лучах. Конечно, в данном случае – это искусственная фотография. Можно пользоваться различными цветными стеклами и получать различные цветные фотографии. Такие искусственные цветные фотографии с объектов, снятых в невидимых лучах, имеют очень большие практические преимущества. Они позволяют быстро открывать в предмете детали, оставшиеся ранее скрытыми, и производить качественный химический анализ.

Разумеется, тот же метод можно из области микроскопии перенести на все виды фотографирования в невидимых лучах. Экспериментатор при этом правильно подражает природе, в которой существует этот удивительный способ зрительных восприятий.

Наши довольно путаные странствования по различным областям знания подошли к концу. При помощи главным образом физики, астрономии и биологии мы наконец начали понимать истинный характер неоспоримого родства глаза и Солнца.

Эта связь почти такая же, как между фотографическим аппаратом и источником света, в лучах которого производится съемка. Конечно, в большинстве случаев снимают не источник света, а освещаемый им предмет, но предмет можно снять только потому, что он рассеивает лучи источника, и потому аппарат должен быть приспособлен к этим лучам. Его объектив должен их пропускать и давать в этих лучах правильное изображение, фотографическая пластинка должна обладать хорошей чувствительностью в нужной области спектра, в аппарате неизбежна диафрагма, позволяющая приспособляться к разным условиям освещения. В зависимости от величины освещенности нужно пользоваться пластинками разной чувствительности. Всем этим обладает глаз, приспособившийся к Солнцу как источнику света. Хрусталик глаза пропускает лучи Солнца, не вредные для организма, к сетчатке и дает в солнечных волнах хорошее изображение. Сетчатка глаза весьма чувствительна, но для дневных условий эта чувствительность очень сильно искусственно понижается, а для ночных снова возрастает. Глаз располагает диафрагмой, автоматически (в зависимости от освещенности) меняющейся в широких пределах. Спектральная чувствительность глаза попадает в максимум спектральной кривой энергии Солнца.

Все это результат приспособления глаза к солнечному свету на Земле.

Глаз нельзя понять, не зная Солнца. Наоборот, по свойствам Солнца можно в общих чертах теоретически наметить особенности глаза, какими они должны быть, не зная их наперед.

Вот почему глаз – солнечен, по словам поэта.

Приложение

Рене Декарт

Диоптрика[11]

Глава I

О свете

Поведение человека в жизни зависит от чувств, среди которых чувство зрения – наиболее разностороннее и благородное; несомненно, что изобретения, служащие для его усиления, являются самыми полезными из всех остальных. Трудно найти другое изобретение, в большей степени усиливающее его, чем те чудесные зрительные трубы, которые, хотя и находятся в употреблении с недавнего времени, уже позволили открыть новые светила на небе и новые предметы на Земле в гораздо большем числе, чем это было возможно до сих пор. Отодвигая границы зрения намного дальше, чем позволяло воображение наших предков, они как бы проложили нам путь к гораздо более глубокому и совершенному, чем прежде, знанию природы. Но, к стыду нашей науки, это открытие, столь полезное и удивительное, следует приписать случаю и удаче. Приблизительно тридцать лет тому назад некий Яков Меций из голландского города Алкмар, не имевший никакого образования, хотя его отец и брат были математиками по профессии, находил особое удовольствие в изготовлении зеркал и линз, составляемых им зимой даже изо льда, возможность чего подтверждена опытом. Обладая несколькими линзами различной формы, он случайно пришел к мысли посмотреть через две линзы, одна из которых была несколько толще в середине, чем по краям, а другая, наоборот, была значительно толще по краям, чем в середине; он их так удачно пристроил к концам трубы, что, в сущности, создал первую зрительную трубу. Все прочие, появившиеся с тех пор, были изготовлены исключительно согласно этому образцу, причем, насколько мне известно, никто не определил точной фигуры, которую должны иметь эти линзы.

Действительно, хотя впоследствии многие блестящие умы занимались этим вопросом и открыли ряд положений в оптике, имеющих бо́льшее значение, чем те, которые оставили нам предки, тем не менее, ввиду того, что сложные открытия не сразу доходят до последней степени совершенства, осталось еще немало трудностей, дающих мне повод писать об этом. И поскольку изготовление приборов, о которых я буду говорить, зависит от искусства мастеров, обычно не имеющих образования, я постараюсь быть понятным всем, ничего не пропускать и не предполагать, что какие-либо факты уже известны из изучения других наук. Поэтому я начну с объяснения того, что такое свет и его лучи; далее, после краткого описания частей глаза, я особо остановлюсь на вопросе о том, каким образом осуществляется зрение, и затем, отметив все обстоятельства, способствующие его дальнейшему совершенствованию, научу, как сделать их более благоприятными с помощью тех изобретений, которые будут описаны.

Но поскольку мне придется говорить о свете лишь для того, чтобы объяснить, как его лучи входят в глаз и как они отклоняются различными телами, встречающимися на пути, то мне нет надобности вскрывать его истинную природу; я полагаю, что достаточно будет воспользоваться двумя или тремя сравнениями, позволяющими представить его в наиболее доступном пониманию виде, чтобы объяснить обнаруживаемые из опыта свойства света и в дальнейшем выявить все остальные, которые довольно трудно заметить. В этом я подражаю астрономам, которые, хотя их гипотезы почти всегда ошибочны или недостоверны, делают весьма правильные заключения, опирающиеся на различные выполненные ими наблюдения.

Вероятно, вам не раз приходилось, идя ночью без факела по трудным местам, пользоваться палкой, чтобы найти дорогу; вы могли заметить, что посредством этой палки можно ощущать разные предметы, попадавшиеся вам, и отличать, были ли это деревья или камни, песок или вода, трава или грязь либо что-нибудь другое в этом роде. Конечно, подобное чувство несколько неясно и туманно у людей, мало испытывавших его; но проследите его у тех, кто родился слепым и всю жизнь им пользовался, и вы найдете его таким совершенным и точным, что, пожалуй, они как бы видят руками, и их палка представляет собой какое-то шестое чувство, данное им вместо зрения. Делая из сказанного сравнение, я желаю внушить вам, что свет в телах, называемых светящимися, является не чем иным, как некоторым действием или весьма внезапным и быстрым движением, направляющимся к нашим глазам через воздух и другие прозрачные тела тем же способом, каким перемещение или сопротивление препятствий, встречаемых слепым, проходит к его руке через палку. Вам не должно казаться странным, что лучи света могут мгновенно распространиться от Солнца до нас, ибо известно, что действие, приводящее в движение один конец палки, в одно мгновение доходит до другого, и что оно должно таким же образом распространяться даже в том случае, если бы расстояние было больше, чем то, которое отделяет Землю от небес. Вы не найдете также странным, что посредством этого действия мы могли бы видеть всякого рода цвета и что последние в телах, называемых цветными, являются не чем иным, как разными способами, с помощью которых эти тела воспринимают свет и отражают его к нашим глазам: если вы считаете, что разница, усматриваемая слепым между деревьями, камнями, водой и другими подобными предметами с помощью своей палки, не кажется ему меньшей, чем та, которая существует между красным, желтым, зеленым и любым другим цветом, то все-таки несходство между телами является не чем иным, как разными способами двигать палку или сопротивляться ее движениям. Отсюда можно сделать следующий вывод: нет необходимости предполагать, что нечто материальное должно проходить от предметов до наших глаз для того, чтобы мы могли видеть цвета и свет, и что в самих предметах есть что-либо похожее на представления и ощущения, которые они у нас вызывают, аналогично тому, как из предметов, ощупываемых слепым, ничто не выделяется, что должно было бы проходить вдоль палки до его руки; так и сопротивление или движение предметов является единственной причиной ощущений, которые он испытывает, и это не имеет ничего общего с представлениями, получаемыми им; следовательно, ваш рассудок будет свободен от маленьких изображений, распространяющихся в воздухе и называемых «познавательными образами», которые так много досаждают воображению философов. Можно даже легко решить интересующий вас вопрос о месте, откуда исходит действие, вызывающее ощущение зрения. Подобно тому, как слепой воспринимает тела, располагающиеся вокруг него, не только благодаря противодействию, оказываемому этими телами, когда они движутся навстречу его палке, но и при помощи своей руки, когда они ей сопротивляются, таким же образом следует признать, что видимые предметы ощущаются как посредством воздействия, находящегося в них и стремящегося к глазам, так и того воздействия, которое, находясь в глазах, стремится к ним. Однако так как это действие есть не что иное, как свет, то надо заметить, что оно может находиться в глазах лишь тех, кто может видеть в потемках, как кошки, а что касается обычных людей, то они видят исключительно благодаря воздействию, исходящему из предметов, ибо, как показывает опыт, сами предметы (а не наши глаза, которые их рассматривают), чтобы быть видимыми, должны быть либо освещенными, либо самосветящимися. Но так как имеется большая разница между палкой слепого и воздухом или другими прозрачными телами, через которые мы видим, то я должен привести другое сравнение.

Рис. 39

Рассмотрим (в период сбора винограда) наполовину наполненный раздавленным виноградом чан; в дне последнего проделаны одно или два отверстия А и В (рис. 39), через которые может вытекать виноградный сок, содержащийся в чане. Поскольку нет пустоты в природе, как это признают почти все философы, и поскольку во всех телах, замечаемых нами всюду, имеются поры, что достаточно ясно доказывается опытом, постольку необходимо, чтобы эти поры были заполнены материей, весьма разреженной и текучей, которая непрерывно распространяется от небесных светил до нас. Если разреженную материю сравнить с виноградным соком, наполняющим чан, а менее жидкие или более грубые части воздуха и других прозрачных тел сравнить с гроздьями винограда, расположенными между ними, то можно легко понять, что поскольку часть вина, находящаяся, например, около точки С, стремится спуститься по прямой линии через отверстие А, как только последнее открывается, и одновременно через отверстие В, постольку другая часть, которая помещается около D и Е, стремится в то же самое время спуститься через эти два отверстия, не мешая друг другу и не встречая сопротивления со стороны гроздей, имеющихся в чане, несмотря на то, что эти грозди, поддерживающие друг друга, совершенно не стремятся спуститься через А и В вместе с соком, вопреки тому, что они могут быть передвинуты разными способами давильщиками винограда.

Таким образом, все части разреженной материи, которые освещены стороной Солнца, обращенной к ним, стремятся по прямой линии к нашим глазам в то мгновение, когда они открыты, не мешая друг другу и не удерживаясь даже грубыми частицами прозрачных тел, расположенными между Солнцем и глазами, либо потому, что эти тела перемещаются различными способами, как воздух, почти всегда пребывающий в состоянии движения, либо потому, что они находятся в состоянии покоя, как может находиться стекло или хрусталь. Обратите внимание на то, что следует отличать движение или действие от стремления к движению, ибо можно вполне представить себе, что части вина, которые располагаются около С, одновременно стремятся к В и А, вопреки тому, что они не могут в одно и то же время двигаться по этим двум направлениям, и что они стремятся точно по прямой линии к В и А, несмотря на то, что они не могут перемещаться столь точно к А по прямой линии из-за гроздей, находящихся между ними. Следовательно, ввиду того, что это не столько движение, сколько действие светящихся точек, которое надлежит воспринимать как свет, излучаемый ими, вы должны прийти к выводу, что лучи света суть не что иное, как линии, вдоль которых стремится это действие. Таким образом, существует бесконечное число лучей, идущих от всех точек светящихся тел ко всем точкам, освещаемым ими, точно так же, как имеется беспредельное количество прямых линий, вдоль которых действие, распространяющееся от поверхности вина CDE, стремится к А; существует безмерное множество и других линий, вдоль которых действие, идущее от тех же точек, стремится к В, причем эти действия, или стремления, не мешают друг другу.

Кстати, эти лучи, когда они проходят только через одно прозрачное однородное тело, должны представляться в виде прямых линий; однако, если лучи наталкиваются на другие тела, они отклоняются или задерживаются таким же образом, как видоизменяется движение мяча либо камня, брошенных в воздух, из-за препятствий, встречаемых ими; поэтому легко поверить, что действие или стремление к движению, о которых я сказал, что их следует принимать за свет, должны следовать тем же законам, что и движение. Чтобы полностью объяснить это третье сравнение, необходимо обратить внимание на то, что тела, встречаемые мячом, пролетающим в воздухе, бывают мягкими, твердыми или жидкими; если тела мягкие, они останавливают и совершенно затормаживают движение мяча, например, когда он ударяется о материю, песок, грязь; если тела твердые, они сразу отбрасывают его в другую сторону, причем несколькими разными способами, что зависит от их поверхности: последняя бывает либо ровной и гладкой, либо шероховатой и неровной; с другой стороны, будучи гладкой, она может оказаться или плоской, или кривой; если она шероховатая, то ее неровность может заключаться в том, что либо она состоит из нескольких частей различной кривизны, каждая из которых достаточно гладкая, либо из ряда углов или острых выступов, либо из частей неодинаковой твердости, находящихся в движении; словом, мяч отбрасывается тысячью всевозможных способов. Надо заметить, что мяч, кроме своего движения, простого и обычного, переносящего его из одного места в другое, может иметь еще второе движение, которое заставляет его вращаться вокруг собственного центра, и что скорость этого вращения может иметь разные величины по отношению к первому движению. Когда несколько мячей, летящих в одном направлении, встречают тело, имеющее ровную и гладкую поверхность, они отклоняются от него одинаково; следовательно, если вся поверхность плоская, то мячи после удара сохраняют между собой то же расстояние, что и до удара; если ее кривизна направлена внутрь или наружу, они приближаются или удаляются в определенном порядке по отношению друг к другу, в большей или меньшей зависимости от этой кривизны. Как видите, здесь мячи А, В, С (рис. 40) при столкновении с поверхностью тел D, Е, F отклоняются к точкам G, Н, I. Если мячи встречают неровную поверхность, например L или М, они отскакивают в разные стороны, причем каждый в зависимости от того участка поверхности, от которого он отбрасывается; в случае, когда неровность ее состоит лишь в том, что ее участки имеют разную кривизну, мячи не меняют ничего другого в своем движении, кроме направления. Однако неровность поверхности бывает и другого рода: в этом случае она приводит к тому, что мячи, имевшие ранее простое прямолинейное движение, теряют часть его и приобретают вместо него вращательное, которое сравнительно с прямолинейным имеет разные значения и находится в зависимости от расположения встречаемых ими тел; те, кто играет в лапту, ощущают моменты, когда их мяч ударяется о неправильно вставленный кафель или когда они его касаются, наклоняя лапту (это называется, насколько я знаю, «срезать» или «закручивать»). Наконец, заметьте, если мяч во время движения встречает под косым углом поверхность жидкого тела, через которое он может пройти более или менее легко по сравнению со средой, откуда мяч выходит, он отклоняется и меняет свое направление при проникновении: например, коль скоро мяч, находящийся в воздухе, в точке А (рис. 41), толкают к В, он движется прямолинейно от А до В, если только его вес или какая-либо другая особая причина не помешают этому; но находясь в точке В, где мяч встречает поверхность воды BE, он отклоняется и направляется к I, идя опять прямолинейно от В к I, что легко проверить опытом. Однако следует предположить существование тел, которые при встрече со световыми лучами останавливают последние и отнимают у них всю силу: их называют черными, они имеют цвет темноты. Помимо того, существуют другие тела, которые отражают лучи в том же порядке, в каком и получают: у них поверхность совершенно гладкая, они могут служить зеркалами, как плоскими, так и кривыми; и наконец, есть тела, отражающие лучи диффузно, в разные стороны.

Рис. 40

Рис. 41

Рис. 42

Среди последних одни заставляют лучи отражаться, не меняя ничего в их действии (их называют белыми), другие же вызывают при этом изменение, подобное тому, какое получает движение мяча, когда его «закручивают»: такие тела бывают красными, желтыми, синими или любого другого цвета; я думаю, что можно определить и показать опытным путем, в чем заключается природа каждого из этих цветов, но это переходит границы моей темы.

Здесь же достаточно будет предупредить, что лучи, падающие на цветные и неполированные тела, отражаются обычно во все стороны, даже если они устремляются в одном направлении. Лучи, падающие на поверхность белого тела AB (рис. 42), исходящие только из источника С, отражаются во всех без исключения направлениях; поэтому в каком бы месте ни расположить глаз (например, в точке D), всегда окажется несколько лучей, идущих из каждого участка поверхности АВ, которые стремятся к нему. Если предположить, что это тело очень пористо, как бумага или материя, так что свет проходит насквозь и он виден, даже если глаз находится по другую сторону от источника света (например, в точке Е), то тем не менее в нем всегда отразятся несколько лучей, исходящих из каждой части этого тела. Наконец, заметим, что лучи отклоняются так же, как мяч, когда они встречают под косым углом поверхность прозрачного тела, в которую они проникают более или менее легко по сравнению с той средой, откуда они исходят; этот род отклонения называется рефракцией. <…>

Глава III

О глазе

Если бы можно было разрезать глаза пополам так, чтобы а) жидкости, заполняющие его, не вытекли, б) ни одна из его частей не сместилась и в) плоскость сечения точно прошла через середину зрачка, то он казался бы таким, каким изображен на рисунке 43. Здесь АВСВ – оболочка, достаточно толстая и твердая, как бы составляющая круглый сосуд, в котором содержатся все внутренние части; DEF – другая оболочка, менее плотная, обволакивающая, как обои стену, первую оболочку; ZH – так называемый оптический нерв, состоящий из большого числа тонких волокон, концы которых устилают все пространство GHI: переплетаясь с большим числом маленьких вен и артерий, они образуют особого рода тело, в высшей степени нежное и деликатное, являющееся как бы третьей оболочкой, покрывающей все дно второй; К, L, М представляют собой нечто вроде слизи или жидкости, очень прозрачной, заполняющей все пространство, находящееся внутри этих оболочек, каждая из которых имеет вид, изображенный на рисунке. Опыт показывает, что средняя жидкость L, именуемая хрусталиком, вызывает приблизительно то же преломление, что и стекло или хрусталь, остальные две – К и М – вызывают несколько меньшее преломление, приблизительно такое, как вода; следовательно, световые лучи свободнее проходят через среднюю жидкость, нежели через крайние, и еще легче через последние две, чем через воздух. В первой оболочке часть ВСВ прозрачна и несколько больше искривлена, чем остальная – BAB. Во второй – внутренняя поверхность части EF, повернутая к глазному дну, совершенно черная; в середине ее находится маленькое круглое отверстие FF, так называемый зрачок, расположенный в центре глаза, кажущийся довольно черным, когда его наблюдают извне. Это отверстие не сохраняет своих размеров: часть EF оболочки, где это отверстие находится, плавает свободно в очень жидкой среде К; оно кажется маленьким мускулом, могущим сокращаться и расширяться в зависимости от того, какие (ближние или дальние) предметы рассматриваются и какова резкость, с которой они разглядываются; в этом вы можете легко убедиться, следя за глазом ребенка. Если заставить его пристально наблюдать, то нетрудно заметить, что его зрачок становится несколько меньше при рассматривании близкого предмета, нежели далекого (причем последний не должен быть более освещенным); кроме того, если ребенок все время разглядывает один и тот же предмет, его зрачок делается значительно меньше, когда он находится в очень светлой комнате, нежели в затемненной, где закрыто большинство окон; наконец, если ребенок, оставаясь при той же степени освещенности и наблюдая тот же предмет, попытается рассматривать его мельчайшие подробности, его зрачок будет у́же, чем в том случае, когда он обозревает предмет целиком и без внимания. Заметьте, что подобное движение должно быть названо волевым, несмотря на то, что об этом не знают те, кто его делает; оно является зависимым и следует сознательному стремлению наблюдателя, желающего все как можно лучше рассмотреть; движение губ и языка, которые служат для произношения слов, также называется волевым, ибо оно подчиняется осознанным действиям говорящего, несмотря на то, что часто люди не знают, какими должны быть движения для того, чтобы они могли содействовать произношению каждого звука. EN, EN представляют собой несколько черных волокон, обвивающих вокруг среду, обозначенную буквой L; появляясь во второй оболочке в том месте, где кончается третья, они кажутся маленькими сухожилиями, с помощью которых среда L, становясь иногда более искривленной, иногда более плоской, в зависимости от того, какие (ближние или дальние) предметы желают рассматривать, отчасти меняет весь вид глазного тела. Это движение можно проследить на опыте; действительно, если перед глазами человека, пристально наблюдающего башню или гору, достаточно удаленные, поставить книгу, он не сможет четко увидеть ни одной буквы до тех пор, пока форма глаза не будет несколько изменена. ОА представляет собой шесть-семь мускулов, прикрепленных к глазу снаружи, которые могут его двигать во все стороны и, возможно даже, сжимать или растягивать, помогая изменять форму. Я намеренно опускаю много других деталей, отмечаемых в этой теме, которыми анатомы заполняют свои книги, так как изложенного мною, полагаю, вполне достаточно, чтобы объяснить все необходимое для моей цели; остальные подробности, о которых я мог бы дополнительно сообщить, нисколько не окажут содействия пониманию, а лишь отвлекут ваше внимание. <…>

Рис. 43

Глава VI

О зрении

…Все качества, замечаемые нами в рассматриваемых предметах, могут быть сведены к шести главным свойствам, а именно: свету, окраске, положению, расстоянию, величине и форме. Касаясь света и окраски, которые только одни принадлежат чувству зрения, надо исходить из того, что наша душа обладает такой природой, что сила движений, совершающихся в частицах мозга, откуда идут тонкие волокна оптических нервов, сообщает ей ощущение света, а род движения – ощущение цвета, аналогично тому, как колебания слуховых нервов придают ей восприятие звука, а действие нервов языка вызывает восприятие вкуса; вообще действия нервов всего тела сообщают душе чувство щекотания, когда они слабы, и боли, когда они слишком сильны, несмотря на то что во всем этом нет никакого сходства между идеями, постигаемыми ею, и движениями, вызывающими идеи; сказанному здесь вы легко поверите, если вспомните, что раненным в глаз кажется, что они видят бесконечное число искр и молний даже при закрытых глазах или в полной темноте; следовательно, данное ощущение может быть приписано исключительно силе удара, приводящего в действие тонкие волокна оптического нерва подобно тому, как это бы сделал очень яркий свет; та же сила, достигая ушей, могла бы возбудить появление какого-нибудь звука; касаясь тела в других местах, она может вызвать боль. Указанное обстоятельство подтверждается также следующим образом: если заставить себя смотреть на солнце или на какой-нибудь другой яркий свет, то глаза некоторое время сохраняют ощущение света, так что, хотя они и закрыты, кажется, что они видят разные цвета, меняющиеся и переходящие из одного в другой по мере того, как они ослабляются; подобное явление возможно только вследствие того, что тонкие волокна оптического нерва, будучи приведены в исключительно сильное движение, не могут так быстро успокоиться, как обычно; однако движение, которое совершается в них после того, как глаза закрылись, будучи недостаточно сильно, чтобы изобразить очень яркий свет, вызвавший его, придает ощущение менее живых цветов; данные цвета меняются, ослабляясь, что указывает на то, что их природа заключается лишь в разнородности движения и является такой, как я раньше предполагал. Наконец, последнее становится очевидным из того, что окраска часто появляется в прозрачных телах, где безусловно ничто не может ее вызвать, за исключением различных способов, которыми воспринимаются световые лучи. Такое явление мы наблюдаем, когда в облаках возникает радуга или когда в граненом стекле замечается аналогичная картина.

Рис. 44

Однако здесь надо особенно рассмотреть, чем является количество видимого света, т. е. сила, приводящая в движение каждое маленькое волокно оптического нерва, так как она не всегда равна свету, находящемуся в предметах, и меняется в зависимости от расстояний, отделяющих их от глаза, и величины зрачка, а также от пространства, которое лучи, идущие из каждой точки предмета, могут занимать на дне глаза. Очевидно, что точка Х (рис. 44) послала бы больше лучей в глаз В, если бы зрачок FF был открыт до G, и что она направила бы столько же света в глаз В, находящийся близко от него и имеющий очень узкий зрачок, сколько и в глаз А, зрачок которого значительно шире, но который расположен дальше в таком же соотношении. На дно глаза А не попадает больше лучей из различных точек предмета VXY, рассматриваемых одновременно, чем на дно глаза В; однако, поскольку лучи распространяются на площади TR, меньшей, чем площадь HI, заполняемая ими на дне глаза В, постольку они должны действовать с большей силой на каждый кончик оптического нерва, которого они касаются, что очень легко рассчитать; если, например, площадь HI в четыре раза больше, чем TR, и она содержит концы четырех тысяч тонких волокон оптического нерва, а TR – лишь тысячу, то, следовательно, каждое из этих волокон будет приведено в движение на дне глаза А тысячной частью сил, которыми обладают все лучи, входящие туда, а на дне глаза В – только четвертью тысячной части. Необходимо также принять во внимание, что рассматриваемые части тела можно распознать лишь постольку, поскольку они выделяются окраской, и что ясное различие цветов обусловливается не только тем, что все лучи, выходящие из каждой точки предмета, собираются приблизительно в стольких же различных точках на дне глаза и что никакие иные лучи из других мест не достигают данных точек, как это было ранее подробно объяснено, но также и тем, что множество тонких волокон оптического нерва занимают пространство, на котором лежит изображение на дне глаза. Если, например, предмет VXY (рис. 44) состоял бы из десяти тысяч частей, могущих послать лучи по направлению ко дну глаза RST десятью тысячами различных способов и, следовательно, выявить одновременно десять тысяч цветов, то они тем не менее дали бы душе возможность различить не больше одной тысячи, при условии, если на площадке RST имеется только тысяча волокон оптического нерва; таким образом, десять частей предмета действуют одновременно на одно волокно и могут его стимулировать только одним способом, составленным из всех действий одной части, так что пространство, занятое каждым из волокон, должно рассматриваться как одна точка. Этим объясняется, что луч, расцвеченный бесконечным числом цветов, издали будет казаться совершенно белым или целиком синим. Вообще все тела видны менее отчетливо вдали, чем вблизи; наконец, чем больше места на дне глаза занимает изображение одного и того же предмета, тем лучше его можно различить, на что в дальнейшем будет обращено особое внимание.

Рис. 45

Что касается расположения каждой части предмета по отношению к нашему телу, то мы замечаем его посредством глаз так же, как при помощи рук; ознакомление с ним зависит не от изображения или воздействия, исходящих от предмета, а только от размещения маленьких частиц мозга, откуда нервы берут свое начало. Это размещение, отчасти меняющееся каждый раз, когда меняется положение членов, обслуживаемых нервами, организовано природой с целью не только указать душе, в каком месте находится та часть тела, которую она приводит в движение (по сравнению с другими), но также и для того, чтобы душа могла переносить оттуда свое внимание ко всем местам, расположенным на прямых линиях, проводимых из конца каждой части и продолженных до бесконечности. Совершенно так же обстоит со слепым, о котором мы так много говорили ранее: когда он поворачивает свою руку А (рис. 45) к точке E или руку С к Е, нервы, находящиеся в руке, производят некоторое изменение в его мозгу, дающее возможность душе слепого узнать не только место А или С, но и все другие, располагающиеся на прямой линий АЕ или CE, так что она может обратить свое внимание на предметы B и D и определить места, где они пребывают, хотя душа не знает и нисколько не думает о тех местах, где помещаются обе руки. Точно так же, когда глаз или голова поворачиваются в какую-нибудь сторону, наша душа предупреждается об этом изменением, которое нервы, находящиеся в мускулах, обслуживающих движения, вызывают в мозгу. Здесь, в глазу RST (рис. 46), изменение положения тонкого волокна оптического нерва, помещающегося в точке R, или S, или Т, вызывает изменение расположения частей мозга 7, 8 или 9, вследствие чего душа может знать все места, которые находятся на прямой RV или SX, или TY. Следовательно, вам не должно казаться странным, что предметы можно обозревать в их истинном положении, несмотря на то, что изображения, создаваемые ими в глазу, являются совершенно обратными. Наш слепой может одновременно чувствовать предмет В (рис. 45), лежащий справа, с помощью левой руки и D, находящийся слева, посредством правой. Однако слепой не делает вывода о том, что тело двойное, хотя он касается его двумя руками; подобным образом при помощи глаз, расположенных так, чтобы обратить наше внимание на одно и то же место, мы видим лишь один предмет, несмотря на то, что в каждом глазу получается свое изображение.