Сергей Бердышев - Открытия и изобретения, о которых должен знать современный человек
Одинаковая разрешающая способность заключается в независимости остроты глаза от направления зрения. Оба вида разрешающей способности позволяют подобрать ограниченную полосу частот телесигнала. Под частотами понимаются горизонтальная частота строк изображения и вертикальная частота кадров. Они задаются строчной и кадровой развертками (горизонтальной и вертикальной, как их иногда называют).
Заголовок раздела обещает дать объяснение принципов работы цветного телевизора. Внимание цветному телевидению уделено не случайно. Во-первых, конечно, черно-белые экраны сейчас безвозвратно уходят в прошлое. Во-вторых, и это самое главное, заслуги оптики в данном случае более очевидны. Не сразу техники догадались, как сделать картинку цветной. Человек воспринимает 500 000 цветов и оттенков. Все это богатство красок нельзя превратить в один-единственный слой люминофора. Ответ пришел от нейрофизиологов и, разумеется, оптиков, которые сообща открыли физико-химический механизм цветовосприятия.
Вклад оптиков был решающим, поскольку существование разных цветов объясняется разными длинами волн и, соответственно, различными частотами светового излучения. Человек способен видеть только три цвета, тогда как остальные не воспринимает. Об этом впервые догадался великий русский ученый М. В. Ломоносов. Сегодня известно, что человеческое зрение работает по особому принципу.
Ранее сообщалось, что, хотя свет и распространяется в виде волн, поглощается он минимальными порциями — квантами. Точно так же вода в реках движется в виде волн, но вот пить ее можно лишь порциями — стаканами, бутылками, кружками и т. д. Каждая световая порция обладает какой-то энергией, зависящей от частоты излучения.
Поскольку частота связана с длиной волны, то получается, что энергия порций светового потока связана с длиной волны. Попадая в глаз, кванты света вызывают там химические реакции, которые приводят к появлению у человека цветоощущения. Дно глазного яблока выстлано тканью, называемой сетчаткой. Она содержит светочувствительные клетки — колбочки и палочки. Расположенные в центральной части сетчатки колбочки насчитывают 7 млн штук. Они бывают трех типов, отличающихся один от другого по виду содержащегося в них светочувствительного фермента.
В клетках одного типа — определенный фермент из группы родопсинов. В колбочках других типов такого фермента нет, там находятся совершенно иные родопсины. Каждый родопсин способен реагировать только при попадании на него светового кванта с определенной энергией. Колбочки с родопсином, реагирующим на энергию красного излучения, возбуждаются под влиянием волны длиной 760–620 нм. Их нервное возбуждение передается в сборники информации — базальные клетки, откуда сигнал через разные виды клеток-«посредников» поступает в головной мозг. Там уже возникает ощущение красного цвета.
Если же на колбочки попадают волны из желтой части спектра, то их энергия возбуждает в некотором соотношении колбочки, «видящие» красный и зеленый цвета. «Синие» колбочки остаются совершенно безучастными. На ганглиозные клетки поступает смешанная информация, что приводит к возникновению нового светового ощущения. В зависимости от соотношения «красных» и «зеленых» колбочек в мозгу формируется той или иной интенсивности желтый цвет.
Понятно, что предельно точное цветовосприятие глазом такого строения невозможно, т. к. соотношение разных типов колбочек для одной и той же длины волны не всегда и не для всех одинаково. Оттого способность различать цвета развита у каждого по-своему. Кто-то способен назвать переданный на картине изумрудный оттенок светло-зеленым, а кто-то аквамариновым.
Не следует все же относиться к человеческому зрению с осуждением. Наше неточное цветовосприятие превосходит по совершенству цветное зрение большинства живых существ, не говоря уже об оптической технике. Глаз является самым универсальным инструментом, когда речь идет о распознавании цветов.
Быть может, человек не всегда сумеет выразить словами разницу между антрацитовым, пепельно-черным, иссиня-черным и бархатно-черным оттенками, зато сможет эту разницу увидеть.
Экран цветного кинескопа телевизора или компьютерного дисплея покрыт точками (зернами) зеленого, красного и синего люминофора. Во время передачи цветного изображения люминофор под бомбардировкой электронным пучком испускает зеленое, красное и синее свечение. В зависимости от сочетания основных цветов методом аддитивного смешения у зрителя создается ощущение появления нового цвета или оттенка.
Скажем, луч бомбардирует электронами ближайшие точки экрана, расположенные по три, — красное, синее и зеленое зерна. Одни точки светятся красным, другие синим, а не различающий отдельных точек телезритель воспринимает световой сигнал как фиолетовый. Зеленый сигнал подается слабым и не влияет на изображение. Нужно заметить, что получение нужного оттенка зависит не столько от количества точек, сколько от интенсивности основных цветов.
Количество же позволяет придать цветному участку угловые размеры, необходимые для отчетливого его восприятия. Близко расположенные цветные детали сливаются и зрительно окрашиваются в общий, пространственно усредненный оттенок. Слияние всех основных цветов при одинаковой интенсивности дает ровный белый цвет. На катоде цветного кинескопа расположены три электронно-лучевые пушки, управляемые обособленными системами. Каждая пушка направляет луч только на определенные зерна люминофора: либо красные, либо синие, либо зеленые.
Корректирует направление лучей установленная в трубке пластиновидная теневая маска из инвара — сплава из 64 % железа и 36 % никеля. Инвар менее всех остальных металлов и сплавов меняет линейные размеры при колебаниях температуры среды. В теневой маске проделаны малые отверстия, соответствующие зернам люминофора. В некоторых теневых масках проделаны щели, заменяющие систему отверстий. Такие маски называют уже не масками, а апертурными решетками.
6. Агрегатные состояния вещества
Создавая свое учение о первоэлементах, слагающих все тела мира, древние греки совершенно верно указали на то, что в природе существует лишь четыре основных агрегатных состояния вещества. Четырем первоэлементам — земле, воде, воздуху и огню — соответствуют твердое, жидкое, газообразное и плазменное состояния. То есть интуиция великих мыслителей античности не подвела.
Естественно, в ту пору они не могли догадываться, что помимо этих агрегатных состояний в природе существуют и другие. Одно из них — это состояние полной нейтронизации вещества, характерное для далеких звезд-пульсаров. В земных условиях вещество в данном состоянии пребывать не может. Зато может находиться в состоянии, промежуточном между основными.
Аморфное состояние
Промежуточные состояния немногочисленны, но крайне интересны. Внешне вещество, пребывающее в таком состоянии, напоминает какое-нибудь обычное твердое тело или жидкость, однако по своим свойствам и молекулярному строению не является ни тем, ни другим. Наиболее интересно аморфное состояние, пребывающие в котором тела внешне нередко напоминают кристаллы. На самом же деле нет ничего более фальшивого, чем эти кристаллы. Истинное кристаллическое вещество имеет четко упорядоченную структуру, тогда как внутри аморфных веществ царит полнейший хаос. Отсюда происходит и само слово «аморфный», означающее в переводе с греческого «бесформенный».
Открытие природы стекла
Согласно древней легенде, первооткрывателями аморфного состояния являются якобы безвестные финикийские или греческие торговцы. Сделав во время одного из своих многочисленных плаваний остановку на острове, они устроили большой костер на берегу. Песок от высокого жара расплавился и превратился в стекловидную массу.
В античности стекло не нашло существенного применения, даже зеркала тогда изготавливались преимущественно из металла. Но в последующие эпохи стекла стали применяться все чаще и чаще. В средние века получило широкое распространение использование цветной стеклянной мозаики для украшения окон в храмах.
Позднее Средневековье и начало Нового времени ознаменованы распространением стеклодувного производства. Разработкой технологий получения цветных стекол занимался М. В. Ломоносов. Открытие особой природы стекла состоялось лишь в XX в., когда ученые во всем мире стали проводить крупномасштабные исследования атомарной и молекулярной структуры разных веществ посредством рентгеновских лучей. Длина волны таких лучей настолько мала, что они легко высвечивают крайне малые элементы строения вещества, включая молекулы, узлы кристаллической решетки, атомарные комплексы и отдельные атомы.
