5 Απαντήσεις στα όρια ταχύτητας της ανθρώπινης οπτικής αντίληψης

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

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

Όπως πολλές ενδιαφέρουσες απαντήσεις στην επιστήμη, αυτό ήρθε τυχαία και αποδείχθηκε ότι ήταν πολύ πέρα ​​από αυτό που θα φανταζόταν κανείς.

Πολλοί αστροναύτες στο διάστημα ανέφεραν ότι είδαν ανεξήγητες ανωμαλίες εξαιρετικά σύντομων σημείων και φευγαλέες λωρίδες φωτός , ακόμη και με κλειστά μάτια. Αυτά θα συμβαίνουν κάθε λίγα λεπτά. Αποδείχθηκε ότι έβλεπαν ένα φαινόμενο που ανακαλύφθηκε πρόσφατα που ονομάζεται κοσμικά σωματίδια υψηλής ενέργειας. Αυτές 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 είναι πέρα ​​από 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 σε αυτή την ακραία ταχύτητα, ο χρόνος που χρειάζεται για να αντιληφθούμε τέτοια σωματίδια υψηλής ενέργειας μέσω της ανθρώπινης όρασης είναι της τάξης των femtoseconds - κυριολεκτικά τετράδισεκα του δευτερολέπτου!

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

Ωστόσο, επί του παρόντος δεν υπάρχει κατανόηση των νευροβιολογικών μηχανισμών της θέασης σωματιδίων υψηλής ενέργειας. Πιθανότατα περιλαμβάνει το γεγονός ότι εκατομμύρια διαφορετικοί νευρώνες μπορούν δυνητικά να συλλάβουν μια αισθητηριακή είσοδο, αλλά όσο λιγότερο γίνεται, τόσο λιγότερο ακριβής είναι η αντίληψη. Ορισμένες έρευνες δείχνουν ότι τα μάτια μας μπορούν δυνητικά να ανιχνεύσουν ένα μόνο φωτόνιο , αλλά αυτό είναι ένα πιθανό γεγονός.

2. Πόσα 'FPS' χρειαζόμαστε για να αντιληφθούμε την κίνηση του υγρού;

Το «Καρέα ανά δευτερόλεπτο», κοινώς γνωστό ως «FPS», είναι το κοινό σημείο αναφοράς για τις οπτικές τεχνολογίες μας, όπως οθόνες υπολογιστών, τηλεοράσεις και κάμερες. Αποδεικνύεται 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 κινηματογραφικές εταιρείες διαπίστωσαν ότι τα 16 FPS ήταν το ελάχιστο που θα μπορούσε να ξεγελάσει τον εγκέφαλο ώστε να δει την κίνηση στην οθόνη ως συνεχή. Εδώ μπορούμε να πάρουμε μια ιδέα για το πώς ο εγκέφαλός μας κολλάει ξεχωριστές εικόνες σε κίνηση με ταχύτητες ταινιών (24 FPS) και τυπικών οθονών υπολογιστή (60 FPS).

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

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

Όπως μπορείτε να δείτε, μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα εσωτερικό μοντέλο κίνησης από έναν εκπληκτικά μικρό αριθμό συνθηκών – τα οπτικά μας κέντρα κάνουν τη βαριά ανύψωση για εμάς!

3. Πόσες λάμψεις φωτός ανά δευτερόλεπτο χρειάζονται Δείτε το φως ως συνεχές.

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

Για την επίλυση αυτού του προβλήματος αναπτύχθηκε νέα τεχνολογία κλείστρου για να αναβοσβήνει κάθε μεμονωμένο πλαίσιο εικόνας πολλές φορές διαδοχικά. Ο ρυθμός με τον οποίο το φλας έγινε άνετο και σχετικά απαρατήρητο, ήταν περίπου 46 φλας ανά δευτερόλεπτο.

Επομένως, η ικανότητά μας να αντιλαμβανόμαστε συνειδητά τους παλμούς φωτός λειτουργεί με περίπου τριπλάσια ταχύτητα από την ικανότητά μας να κινούμαστε από άποψη FPS. Εν ολίγοις, 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 λάμψη μαύρου ανάμεσα στο συνεχές φως; Έρευνα με νεότερους και ηλικιωμένους έγινε σε αυτόν τον τομέα για να διερευνηθεί ο εκφυλισμός της όρασης με τη γήρανση. Η ανίχνευση βρέθηκε να είναι στη χρονική κλίμακα των 18 χιλιοστών του δευτερολέπτου για τους νεότερους ενήλικες και των 22 χιλιοστών του δευτερολέπτου για τους ηλικιωμένους.

Αυτό μεταφράζεται σε μεταξύ 45 και 55 FPS, όταν 1 σκούρο καρέ γίνεται απαρατήρητο ή δεν τρεμοπαίζει. Η προειδοποίηση εδώ είναι ότι αυτός ήταν ο μέσος όρος, αλλά τα μεμονωμένα αποτελέσματα διέφεραν σημαντικά.

Ακόμη και σε μια μικρή ομάδα μελέτης, ορισμένοι συμμετέχοντες μπόρεσαν να εντοπίσουν ένα μόνο μαύρο φλας ανάμεσα σε 500 FPS φωτεινών αναλαμπών (ή 2 χιλιοστά του δευτερολέπτου). Και πάλι, αυτό είναι εξαιρετικά γρήγορο. Συγκριτικά, χρειάζονται 100-400 χιλιοστά του δευτερολέπτου για να αναβοσβήνει, κάτι που συνήθως αποκλείεται από τη συνειδητή εμπειρία.

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

Έρευνα από το 2014 για την ταχεία αναγνώριση εικόνων ανακάλυψε ότι μπορούμε να ανιχνεύσουμε συγκεκριμένες σκηνές σε πολύ μικρότερα χρονικά διαστήματα από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως. Σε πειράματα όπου διάφορες τυχαιοποιημένες εικόνες (π.χ. ένα σπίτι, ένας σκύλος, ένα δάσος κ.λπ.) αναβοσβήνουν με ταχεία διαδοχή, τα υποκείμενα 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 πούμε με κάποια αξιοπιστία εάν μια συγκεκριμένη εικόνα υπήρχε ή όχι. Μπορείτε να δείτε μόνοι σας πόσο εξαιρετικά γρήγορο είναι πραγματικά αυτό.

Είναι ενδιαφέρον ότι αυτό δεν βρέθηκε να είναι το όριο, ήταν απλώς το ταχύτερο που μπορούσαν οι ερευνητές να εμφανίσουν εικόνες εκείνη τη στιγμή.

Λοιπόν, το έχουμε, ελπίζουμε ότι μάθατε ότι το ανθρώπινο όραμα είναι πιο βαθύ και πιο μυστηριώδες από ό,τι νομίζατε κάποτε, και ότι είναι πραγματικά αξιοσημείωτο. Αν θέλετε να εμβαθύνετε, τότε αυτό το υπέροχο βίντεο YouTube από την TechLaboratories εμβαθύνει περισσότερο.