Я не физиолог, но то немногое, что я знаю о человеческом глазе, всегда заставляет меня задуматься своими подробностями оптических тонкостей. Всегда приходит на ум вопрос. Являются ли человеческие глаза лучшим из возможных оптических инструментов, появившихся в результате естественного отбора? Есть ли возможности для дальнейшего серьезного улучшения в соответствии с законами физики в принципе? Может ли быть создана камера, созданная людьми, которая превосходила бы человеческие глаза?
На этот вопрос сложно ответить объективно, потому что он очень сильно зависит от вашего определения «лучшего». Естественный отбор отдает предпочтение признакам, обеспечивающим репродуктивное преимущество; Ни больше ни меньше.
Могли бы наши глаза быть лучше по стандартам современной оптики, с точки зрения точности и характеристик? Конечно. Я мог бы легко сконструировать камеру с большей апертурой, лучшим разрешением, меньшей аберрацией, большей чувствительностью к длине волны и т. д. В природе даже есть некоторые прецеденты для этого. Некоторые животные могут видеть в ультрафиолетовом или инфракрасном диапазоне; некоторые могут даже обнаружить поляризацию (я думаю, в основном это птицы?). Я полагаю, что есть рыбы, которые могут вращать глазами почти полный круг в любом направлении. Кошки и собаки обладают более высокой чувствительностью при слабом освещении благодаря отражающему слою позади их сетчатки, а у кальмаров глаза с поистине огромными отверстиями.
Стоит отметить, однако, что человеческий глаз, несмотря на то, что я сказал выше, все еще является довольно хорошей камерой. Он может довольно быстро перефокусироваться, к нему подключен фантастический компьютер для обработки изображений, который может выполнять невероятное количество операций распознавания образов, шумоподавления и стабилизации изображения. Хотя аберрация его волнового фронта не идеальна, для биологической системы она довольно хороша. Они имеют очень низкую хроматическую аберрацию и довольно компактны. Кроме того, наши глаза имеют искривленную фокальную плоскость (наша сетчатка), о которой мечтают дизайнеры линз — она устраняет проблему кривизны поля зрения, которая является присущей любой оптической системе аберрацией, устранить которую практически невозможно.
Это распространенное заблуждение — эволюция не остановилась миллион лет назад, оставив всех существ в «наилучшем возможном состоянии»; это постоянное стремление адаптироваться к текущим условиям окружающей среды с единственной целью - репродуктивный успех. Более того, большая часть популяции остается в еще более неоптимальных условиях из-за случайных мутаций (преимущество этого заключается в более быстрой адаптации).
Да; даже огромный, см. ответ Георга. Кальмары имеют глаза без слепого пятна и без риска отслоения сетчатки. Пчелы видят поляризацию света и немного УФ. Кошачий глаз имеет зеркало, которое удваивает силу сигнала. И т. д. и т. д.
Человеческий глаз имеет разрешение около 2 мегапикселей — камера моего телефона лучше. Конечно, это некорректное сравнение, так как большая часть юзабилити прицела остается в мозгу, но если говорить о самом глазе...
[Обновлено, чтобы исправить пару ошибок, указанных в комментариях. Спасибо!]
В моем возрасте ясно, что есть место по крайней мере для одного серьезного улучшения: больше жилья. Аккомодация в данном контексте означает способность глаза фокусироваться на разных расстояниях. Это достигается за счет изменения формы и, следовательно, фокусного расстояния линзы. Материал линз со временем становится жестче, поэтому большинство людей с возрастом теряют способность фокусироваться на близлежащих объектах. Кроме того, конечно, у многих людей, в том числе и у меня, отсутствует способность фокусироваться на дальних объектах.
Если бы я отвечал за естественный отбор, я бы сделал эти мышцы достаточно сильными, чтобы я мог фокусироваться на близлежащих объектах. Предположительно, еще в саванне уменьшающаяся способность людей среднего возраста (или, как тогда их называли, очень старых!) фокусироваться на объектах, находящихся менее чем в метре, мало повлияла на число потомков, произведенных этими людьми. .
Еще одним естественным показателем качества, который можно использовать для оценки любой оптической системы, является то, насколько она близка к дифракционному пределу, то есть насколько близка она к достижению наилучшего возможного разрешения для системы такого размера. Я не эксперт, похоже, что глаз находится в пределах нескольких крат дифракционного предела ( пример ), так что есть немного места для улучшения, но не так много.
Еще одна вещь, на которую следует обратить внимание, — это квантовая эффективность, фактически доля всех падающих фотонов, которые использует оптическая система. Опять же, многое зависит от условий, но в целом зрение в этом отношении очень хорошее, достигая уровня около 10% . (Возможно, это звучит не очень хорошо, но я думаю, что трудно представить себе способы значительного улучшения.)
Еще один способ улучшить зрение — увеличить диапазон частот, которые он может видеть. Переход в ультрафиолет, вероятно, не принесет особой пользы, но если вы добавите несколько инфракрасных рецепторов на сетчатку, ваше ночное зрение станет намного лучше.
На этот вопрос нельзя ответить точно правильно. Глаза, которые мы, люди, эволюционировали, чтобы быть «примерно» лучшими из доступных нам, гоминидам. Есть и другие виды живых существ, глаза которых лучше приспособлены к их эконишам. Глаза орлов и ястребов способны видеть гораздо лучше на больших расстояниях. Они могут парить над землей на высоте 500 метров и обнаруживать небольшое животное в качестве добычи, после чего ныряют с этой высоты, чтобы схватить ее. Наши глаза далеко не такие острые. С другой стороны, их глаза могут быть не приспособлены для точного разрешения очень близкого зрения.
Человеческие глаза имеют некоторые забавные аспекты, которые иллюстрируют, как эволюция выбирает адаптивные функции, построенные из ранее существовавших структур. Например, оптический нейрон иннервирует глаз спереди, что совершенно противоположно тому, что можно было бы ожидать. Это было бы так, как если бы кто-то построил ПЗС с соединениями пикселей, соединенными оптическим путем.
Лучший ответ, который можно дать, — нет, но глаз эволюционировал, чтобы работать в пределах того, что биологически адаптируется.
Человеческий глаз — безразличная камера. По сравнению с ястребом это смехотворно. Ястреб может сидеть на вершине Эмпайр Стейт Билдинг и разглядывать монетку на тротуаре.
Что вообще делает человеческий глаз хорошим, так это программное обеспечение, стоящее за ним: то, что обеспечивает наш мозг. Вы понимаете, что то, что действительно фокусируется на нашей сетчатке, — это перевернутое, туннельное изображение, которое наш мозг сортирует в образы, которые, как мы думаем , мы видим, верно? И что в экспериментах люди, которых заставляли носить очки, в которых все выглядело перевернутым, за несколько дней адаптировались так, что перевернутое выглядело правильно?
Мы распознаем узоры, цвета, формы там, где камеры фиксируют только различия в цвете и тоне. Примечателен не глаз. Это мозг.
несколько разных ответов:
нет, небольшие улучшения легко представить: более регулярные линзы, более широкий спектр чувствительности, более трех цветовых сенсоров...
не только не лучший из возможных, но и есть несколько случайных неудачных вариантов, наиболее комментируемой является ориентация сетчатки, которая позволяет легко отделить ее с большим ударом. очень похожий, но независимо развившийся глаз кальмара имеет сетчатку в обратном направлении, что делает его намного более устойчивым. к сожалению, кажется, что эволюция не может перевернуть его без множества слепых поколений между ними. явно не лучший путь эволюции...
лучший для чего? для создания изображений, которые будут видны кому? IOW: если конечным наблюдателем является пара человеческих глаз, то всегда будет лучше наблюдать напрямую, чем использовать посредника, независимо от того, насколько высоки качество/разрешение/контраст/и т. д. такого промежуточного воспроизведения. (если вы не хотите видеть вещи, невидимые невооруженным глазом)
Питер Морган
dmckee --- котенок экс-модератор
ОХОТНИК НА ТРОЛЛЕЙ
сава
Скливвз
Джордж Эдисон