5 Απαντήσεις στα Όρια Ταχύτητας της Ανθρώπινης Οπτικής Αντίληψης

Η ταχύτητα της ανθρώπινης οπτικής αντίληψης είναι ένα εκπληκτικά δύσκολο θέμα, χωρίς μία μόνο απάντηση. Εξαρτάται από το είδος της ταχύτητας που θέλετε να εξετάσετε. Εδώ θα αναλύσουμε 5 συναρπαστικές πτυχές της όρασης και θα δώσουμε απαντήσεις στα τρέχοντα γνωστά όρια ταχύτητας αυτού που μπορούμε να δούμε - απολαύστε το!

1. Ποιο είναι το συντομότερο χρονικό διάστημα στο οποίο μπορούμε να αντιληφθούμε μια λάμψη φωτός;

Όπως πολλές ενδιαφέρουσες απαντήσεις στην επιστήμη, έτσι και αυτό προέκυψε τυχαία και αποδείχθηκε πολύ πέρα ​​από αυτό που θα μπορούσε κανείς να φανταστεί.

Πολλοί αστροναύτες στο διάστημα ανέφεραν ότι είδαν ανεξήγητες ανωμαλίες εξαιρετικά σύντομων κηλίδων και φευγαλέων ακτίνων φωτός, ακόμη και με τα μάτια τους κλειστά. Αυτά συνέβαιναν κάθε λίγα λεπτά. Αποδείχθηκε ότι έβλεπαν ένα πρόσφατα ανακαλυφθέν φαινόμενο που ονομάζεται κοσμικά σωματίδια υψηλής ενέργειας. Αυτά είναι μακράν η ταχύτερα κινούμενη μάζα στο γνωστό σύμπαν.

Τα εξωτικά σωματίδια προέρχονται από κάπου στον Γαλαξία μας, αλλά μπορούν να ταξιδέψουν τόσο κοντά στην ταχύτητα του φωτός, που η ενέργεια που απαιτείται για την επιτάχυνσή τους ξεπερνά οτιδήποτε γνωστό στην αστροφυσική - ούτε καν δύο υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που συγκρούονται δεν θα πλησίαζαν! Όταν χτυπούν την ατμόσφαιρα της γης, η ενέργειά τους μετατρέπεται σε μυριάδες νέα σωματίδια (E = mc²).

Το θέμα εδώ είναι ότι με αυτή την ακραία ταχύτητα, ο χρόνος που απαιτείται για να αντιληφθούν τέτοια σωματίδια υψηλής ενέργειας μέσω της ανθρώπινης όρασης είναι της τάξης των φεμτοδευτερολέπτων - κυριολεκτικά τετράκις εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου!

Όσο πιο φωτεινό είναι το φλας, τόσο λιγότερος χρόνος χρειάζεται για να ανιχνευθεί. Στο διάστημα υπάρχει αμελητέα φωτορύπανση, επομένως η αντίθεση μεταξύ φωτός και σκότους είναι κοντά στο μέγιστο δυνατό.

Ωστόσο, προς το παρόν δεν υπάρχει καμία κατανόηση των νευροβιολογικών μηχανισμών της παρατήρησης σωματιδίων υψηλής ενέργειας. Πιθανότατα αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι εκατομμύρια διαφορετικοί νευρώνες μπορούν ενδεχομένως να αντιληφθούν ένα αισθητηριακό σήμα, αλλά όσο λιγότερο το κάνουν αυτό, τόσο λιγότερο ακριβής είναι η αντίληψη. Ορισμένες έρευνες δείχνουν ότι τα μάτια μας μπορούν ενδεχομένως να ανιχνεύσουν ένα μόνο φωτόνιο, αλλά αυτό είναι ένα πιθανολογικό γεγονός.

2. Πόσα «FPS» χρειαζόμαστε για να αντιληφθούμε την κίνηση του ρευστού;

Τα «καρέ ανά δευτερόλεπτο», κοινώς γνωστά ως «FPS», αποτελούν το κοινό σημείο αναφοράς για τις οπτικές τεχνολογίες μας, όπως οι οθόνες υπολογιστών, οι τηλεοράσεις και οι κάμερες. Αποδεικνύεται ότι είναι ένα χρήσιμο μέτρο και για τους ανθρώπους.

Η απάντηση σε αυτό το ερώτημα ανακαλύφθηκε στα τέλη του 19ου αιώνα, μετά την εφεύρεση του κινηματογράφου. Οι πρώτες εταιρείες κινηματογράφου διαπίστωσαν ότι τα 16 FPS ήταν το ελάχιστο που μπορούσε να ξεγελάσει τον εγκέφαλο ώστε να βλέπει την κίνηση στην οθόνη ως συνεχή. Εδώ μπορούμε να πάρουμε μια ιδέα για το πώς ο εγκέφαλός μας κολλάει ξεχωριστές εικόνες σε κίνηση με την ταχύτητα των ταινιών (24 FPS) και των τυπικών οθονών υπολογιστή (60 FPS).

Αυτό είναι εκπληκτικά χαμηλό, για παράδειγμα πολλά ζώα, όπως τα πουλιά, χρειάζονται τουλάχιστον 75 FPS μόνο και μόνο για να αντιληφθούν την κίνηση. Για αυτά, το να βλέπουν μια τηλεόραση είναι το ίδιο με το να βλέπουν μια ακολουθία ξεχωριστών στατικών εικόνων.

Αυτή η ανθρώπινη ικανότητα στην πραγματικότητα αντιπροσωπεύει κάτι βαθύ σχετικά με το πόσο λίγες οπτικές πληροφορίες χρειάζεται ο εγκέφαλός μας για να παρεκτείνει τις αισθητηριακές πληροφορίες. Ακολουθεί ένα παράδειγμα από τη μελέτη της ψυχοφυσικής.

Όπως μπορείτε να δείτε, μπορούμε να κατασκευάσουμε ένα εσωτερικό μοντέλο κίνησης από μια εκπληκτικά μικρή ποσότητα ενδείξεων – τα οπτικά μας κέντρα κάνουν τη βαριά δουλειά για εμάς!

3. Πόσες λάμψεις φωτός ανά δευτερόλεπτο χρειάζονται για να δούμε το φως ως συνεχές.

Η απάντηση εδώ ονομάζεται Flicker Fusion Thresholdκαι προέρχεται επίσης από τους πρώτους πρωτοπόρους του κινηματογράφου. Παρόλο που η κίνηση μπορούσε να γίνει αντιληπτή στα 16 FPS, το φλας της οθόνης με αυτόν τον ρυθμό θεωρούνταν αφόρητο. Ακολουθεί ένα παράδειγμα από την πρώτη ταινία που γυρίστηκε ποτέ.

Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, αναπτύχθηκε μια νέα τεχνολογία κλείστρου, η οποία επιτρέπει την πολλαπλή λάμψη κάθε μεμονωμένου καρέ εικόνας. Ο ρυθμός με τον οποίο το φλας έγινε άνετο και σχετικά ανεπαίσθητο ήταν περίπου 46 λάμψεις ανά δευτερόλεπτο.

Επομένως, η ικανότητά μας να αντιλαμβανόμαστε συνειδητά παλμούς φωτός λειτουργεί με περίπου τριπλάσια ταχύτητα από την ικανότητά μας για κίνηση σε όρους FPS. Με λίγα λόγια, είμαστε πολύ πιο ευαίσθητοι στη φωτεινότητα παρά στην κίνηση.

4. Πόσο γρήγορα μπορούμε να αντιληφθούμε την απουσία φωτός;

Με άλλα λόγια, πόσο γρήγορα μπορούμε να ανιχνεύσουμε μια μαύρη λάμψη μέσα σε συνεχές φως; Πραγματοποιήθηκε έρευνα σε νεότερους και ηλικιωμένους ανθρώπους σε αυτόν τον τομέα για να διερευνηθεί η εκφύλιση της όρασης με τη γήρανση. Διαπιστώθηκε ότι η ανίχνευση πραγματοποιήθηκε σε χρονική κλίμακα 18 χιλιοστών του δευτερολέπτου για νεότερους ενήλικες και 22 χιλιοστών του δευτερολέπτου για ηλικιωμένους ενήλικες.

Αυτό μεταφράζεται σε 45 έως 55 FPS, όταν 1 σκοτεινό καρέ γίνεται μη αισθητό ή δεν τρεμοπαίζει. Η προειδοποίηση εδώ είναι ότι αυτός ήταν ο μέσος όρος, αλλά τα μεμονωμένα αποτελέσματα διέφεραν σημαντικά.

Ακόμα και σε μια μικρή ομάδα μελέτης, ορισμένοι συμμετέχοντες κατάφεραν να εντοπίσουν μια μόνο μαύρη λάμψη ανάμεσα σε 500 FPS φωτεινών λάμψεων (ή 2 χιλιοστά του δευτερολέπτου). Και πάλι, αυτό είναι εξαιρετικά γρήγορο. Συγκριτικά, χρειάζονται 100-400 χιλιοστά του δευτερολέπτου για να ανοιγοκλειθεί το μάτι, κάτι που συνήθως δεν λαμβάνεται υπόψη στη συνειδητή εμπειρία.

5. Πόσο καιρό χρειάζεται να δούμε μια σκηνή για να μπορέσουμε να την αναγνωρίσουμε;

Έρευνα του 2014 σχετικά με την ταχεία αναγνώριση εικόνας ανακάλυψε ότι μπορούμε να ανιχνεύσουμε συγκεκριμένες σκηνές σε πολύ μικρότερα χρονικά διαστήματα από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως. Σε πειράματα όπου διαφορετικές τυχαιοποιημένες εικόνες (π.χ. ένα σπίτι, ένας σκύλος, ένα δάσος κ.λπ.) προβάλλονται σε γρήγορη διαδοχή, τα άτομα μπορούσαν να αναγνωρίσουν ή να ανακαλέσουν μια συγκεκριμένη σκηνή σε μόλις 13 χιλιοστά του δευτερολέπτου.

Αυτό μεταφράζεται σε εμφάνιση 75 διαφορετικών εικόνων σε ένα μόνο δευτερόλεπτο και σε θέση να πει κανείς με κάποια αξιοπιστία αν μια συγκεκριμένη εικόνα ήταν εκεί ή όχι. Μπορείτε να δείτε και μόνοι σας πόσο αξιοσημείωτα γρήγορο είναι αυτό.

Είναι ενδιαφέρον ότι αυτό δεν διαπιστώθηκε ότι ήταν το όριο, ήταν απλώς η ταχύτερη ταχύτητα που μπορούσαν να εμφανίσουν οι ερευνητές εικόνες εκείνη την εποχή.

Λοιπόν, να το, ελπίζουμε να μάθατε ότι η ανθρώπινη όραση είναι βαθύτερη και πιο μυστηριώδης από ό,τι νομίζατε κάποτε, και ότι είναι πραγματικά αξιοσημείωτη. Αν θέλετε να εμβαθύνετε περισσότερο, τότε αυτό το υπέροχο βίντεο στο YouTube από την TechLaboratories εμβαθύνει περισσότερο.