εργαστηριο22: το φως & η όραση

Το φως είναι μία από τις βασικές αιτίες της ύπαρξης ζωής στον πλανήτη μας. Είναι η ενέργεια με την οποία τροφοδοτείται ο πλανήτης μας και προέρχεται σχεδόν εξ ολοκλήρου από τον Ήλιο. Αυτή η φωτεινή ενέργεια μπορεί να μετασχηματιστεί σε άλλες μορφές ενέργειας (θέρμανση, κίνηση, ηλεκτρικό ρεύμα, όραση), όπως τα φυτά, με τη φωτοσύνθεση μετατρέπουν την ενέργεια σε χημική ενέργεια, την οποία χρησιμοποιούν στη συνέχεια για την ανάπτυξή τους. Οι Αρχαίοι Έλληνες αντιλήφθηκαν και διατύπωσαν αυτό που εμείς σήμερα ονομάζουμε «σωματιδιακή φύση» του φωτός. Πίστευαν ότι το φως του ήλιου, αλλά και κάθε φωτεινή πηγή, αποτελείται από μικρά σωματίδια τα οποία κινούνται με πολύ μεγάλη ταχύτητα και όταν πέφτουν στο μάτι του παρατηρητή, διεγείρουν το αισθητήριο όργανο της όρασης. Στα χρόνια που ακολούθησαν αναπτύχθηκαν πολλές θεωρίες (όπως η ηλεκτρομαγνητική φύση του φωτός) και σήμερα πια πιστεύουμε στη διπλή φύση του φωτός, δηλαδή ότι το φως συμπεριφέρεται ως κύμα αλλά και ως σωματίδιο, που ονομάζεται φωτόνιο. Το φως διαδίδεται ευθύγραμμα

με αποτέλεσμα η σκιά ενός σώματος να σχηματίζεται στις περιοχές εκείνες όπου δεν φθάνουν οι ακτίνες που προέρχονται από τη φωτεινή πηγή, γιατί στην πορεία τους παρεμβάλλεται ένα αδιαφανές σώμα

Φως ονομάζεται η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που ανιχνεύεται από το ανθρώπινο μάτι (οφθαλμό) και που εκλαμβάνεται ως αίσθηση (αντίληψη) αυτής. Συνεπώς είναι το αίτιο της όρασης.

Όμως η αντίληψη αυτή του "ορατού" φωτός αποτελεί τμήμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Καλύπτει ένα εύρος μηκών κύματος που «μεταφράζονται», από το μάτι, στα χρώματα του φωτεινού φάσματος (δηλαδή στα χρώματα του ουράνιου τόξου). (http://cgi.di.uoa.gr/~std07281/plhr_ekp_2011/__1.html) Τα χρώματα ως ενέργεια ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου διακρίνονται στο κόκκινο, πράσινο και μπλε όπου ο συνδυασμός και των τριών παραπάνω βασικών χρωμάτων όταν αναμιχθούν, σε ίσες αναλογίες, δίνουν χρώμα λευκό

Το οπτικό μας σύστημα αποτελείται από δύο βασικά τμήματα το μάτι και τον εγκέφαλο. Ως προς τη λειτουργία του, το μάτι μοιάζει πάρα πολύ με τη φωτογραφική μηχανή. Το μπροστινό μέρος του ματιού, περιλαμβάνει τον κερατοειδή χιτώνα, την ίριδα, την κόρη και το φακό, εστιάζει την εικόνα επάνω στον αμφιβληστροειδή χιτώνα που καλύπτει εσωτερικά το μάτι. Ο αμφιβληστροειδής είναι ευαίσθητος στο φως και λειτουργεί όπως το φιλμ σε μια κινηματογραφική μηχανή. Καταγράφει εικόνες και τις στέλνει μέσω του οπτικού νεύρου στον εγκέφαλο, όπου γίνεται η ερμηνεία τους. Αυτός ο φωτοευαίσθητος ιστός καταγράφει την εικόνα. Είναι ένα περίπλοκο στρώμα το οποίο περιέχει εκατομμύρια φωτοευαίσθητα κύτταρα (φωτοϋποδοχείς) που ονομάζονται ραβδία και κωνία.

Τα ραβδία είναι υπεύθυνα για την αντίληψη του αμυδρού φωτός ενώ τα κωνία (ή κωνικά κύτταρα) για την αντίληψη των χρωμάτων. Η αποστολή της καταγεγραμμένης εικόνας στον εγκέφαλο γίνεται μέσω του οπτικού νεύρου. Το είδωλο ερεθίζει τα φωτοευαίσθητα κύτταρα του αμφιβληστροειδή χιτώνα. Το ερέθισμα μεταβιβάζεται μέσω του οπτικού νεύρου στο οπτικό κέντρο του εγκεφάλου. Εκεί γίνεται η αποκωδικοποίηση του ερεθίσματος κι έτσι βλέπουμε. Το μάτι αποτελεί ένα αισθητήριο όργανο, το οποίο λαμβάνει την εικόνα ως οπτική ακτινοβολία (χρώματα, σχήματα), αλλά η διεργασία της όρασης γίνεται στον εγκέφαλο. Δηλαδή βλέπουμε με τα μάτια αλλά αντιλαμβανόμαστε τι βλέπουμε με τον εγκέφαλο. Στο κάθε μάτι μας

δημιουργείται και από μία ξεχωριστή αποτύπωση του ίδιου ανεστραμμένου ειδώλου κι όμως εμείς βλέπουμε μία εικόνα και μάλιστα στην ορθή της θέση. Η αναστροφή του ειδώλου στην κανονική του θέση και η ταύτιση των εικόνων από τους δύο οφθαλμούς σε μία, λαμβάνει χώρα στον εγκέφαλο. Αυτή είναι μία πολύ σημαντική λειτουργία του εγκεφάλου.
Ο εγκέφαλος επιτελεί τη «σύντηξη» των δύο ειδώλων (στους 2 οφθαλμούς) κάθε εξωτερικού αντικειμένου και δημιουργείται η τελική εικόνα. Σε αυτή τη σύντηξη συν-εισέρχεται και η αίσθηση του βάθους (τρίτη διάσταση) ως αποτέλεσμα επεξεργασίας των ίδιων δεδομένων, «διαβασμένων» ταυτόχρονα υπό δυο, λίγο διαφορετικών (θέση της κορυφής τους στο χώρο) μεταξύ τους, γωνιών (κάθε γωνία – άποψη, έχει κορυφή τον «δικό» της οφθαλμό).
Αποτέλεσμα της διόφθαλμης όρασης είναι και η αίσθηση πως, όταν κινούμαστε, τα κοντινά αντικείμενα φαίνεται να κινούνται με μεγαλύτερη ταχύτητα σε σχέση με τα πιο μακρινά, όπως επίσης και η αίσθηση ότι δύο παράλληλες γραμμές (π.χ. καλώδια ηλεκτρικού ρεύματος ή οι ακμές ενός πολυόροφου κτιρίου) φαίνονται να συγκλίνουν ανάλογα με την απόσταση από τον παρατηρητή.

O Kant υποστήριζε ότι η γεωμετρία του φυσικού χώρου ήταν a priori μορφή της ανθρώπινης νόησης και όχι προϊόν της εμπειρίας συνεπώς Ευκλείδεια. Ο Poincare υποστήριξε ότι τη γεωμετρία τη δημιουργούμε εμείς σύμφωνα με τα ερεθίσματα που δεχόμαστε. Μέσω της φυσικής επιλογής, το πνεύμα μας προσαρμόστηκε στις συνθήκες του εξωτερικού κόσμου και υιοθέτησε τη γεωμετρία που ήταν ευνοϊκότερη για το είδος μας, με άλλα λόγια αυτήν που ήταν η πιο κατάλληλη. Η γεωμετρία μας δεν είναι αληθής, είναι ευνοϊκή! Πράγμα που σημαίνει ότι διαφορετικές γεωμετρίες ισχύουν σε διαφορετικά πλαίσια της κοσμικής πραγματικότητας, έτσι ώστε ανάλογα προς το πλαίσιο που επιλέγεται να αντιστοιχεί ένα συγκεκριμένο είδος γεωμετρικών αληθειών.

Συζήτηση: Τι είναι το φως, από που έρχεται και πως διαδίδεται (αυτόφωτα-ετερόφωτα σώματα) , πώς ταξιδεύει (χρόνος, απόσταση, ταχύτητα), πώς το αντιλαμβανόμαστε, με ποιο τρόπο τα αντικείμενα δέχονται το φως (διαφανή, ημιδιαφανή, αδιαφανή, απορρόφηση, ανάκλαση, διάχυση, διάθλαση), γιατί υπάρχει η σκιά. Τι είναι το πρίσμα, πώς η αρχική δέσμη μιας ακτίνας αναλύεται σε δέσμες με διαφορετικές διευθύνσεις που αν στη συνέχεια προσπέσουν σε μια λευκή επιφάνεια πώς θα εμφανιστούν (ορατό φάσμα). Η σειρά των χρωμάτων αυτών είναι: Κόκκινο, κίτρινο, πράσινο, μπλε και ιώδες. Πώς συμβαίνει και διακρίνω διαφορετικά χρώματα στα αντικείμενα (Το αντικείμενο απορροφά ορισμένα χρώματα, ακτινοβολίες, του φάσματος και επιλεκτικά ανακλά κάποια άλλα τα οποία διακρίνονται ως το χρώμα του αντικειμένου).