Что такое близорукость с точки зрения физики?

По данным статистики, некорригированная (то есть не исправленная с помощью средства коррекции) близорукость находится на пятом месте среди причин предотвратимой слепоты. По оценкам офтальмологов и оптометристов, если бы во всех странах людям стали доступны профессиональное обследование зрения и возможность получить очки по его результатам, число слепых во всем мире уменьшилось бы на 12 процентов [1].

По поводу близорукости можно написать несколько больших толстых книг, настолько много информации получено о ней медиками и учеными со времен Просвещения. В этом блоге мы будем обсуждать многие аспекты миопии, а в этом материале рассмотрим, что она собой представляет c точки зрения физики.

Для начала вспомним немного геометрической оптики из школьной программы физики. Представим себе пучок параллельных лучей, испущенных точечным источником света, находящимся в бесконечности. Пучок принято изображать параллельными прямыми, на рисунке это красные линии. На их пути мы установим линзу, которая умеет собирать параллельные лучи в одну точку. Это так называемая собирающая линза. Главная плоскость линзы перпендикулярна направлению распространения лучей. Схема хода лучей будет выглядеть вот так:

Как видно, собирающая линза изменяет ход параллельных лучей, собирает их в точке, которая называется задний главный фокус, она обозначена F. Многие в детстве наверняка баловались, фокусируя лучи Солнца с помощью лупы на картонку или дощечку – в точке фокуса картон или дерево начинали дымиться и загорались.

Глаз человека представляет собой сложную оптическую систему, в которую входят две собирающие линзы биологического происхождения – это роговица и хрусталик. Роговица и хрусталик совместно собирают лучи, падающие на глаз, в точку заднего главного фокуса глаза. Точка заднего фокуса в здоровом глазу должна совпадать с сетчаткой, которая с помощью рецепторов обрабатывает сигналы и по зрительному нерву передает их в зрительную кору головного мозга. Человек с таким положением заднего фокуса видит окружающий мир резко и способен различать очень мелкие детали (некоторые люди способны видеть невооруженным глазом фазы Венеры, которая для большинства из нас выглядит яркой звездой на небе).

Теперь рассмотрим ход лучей в глазу близорукого человека [2].

Как видим, у близорукого человека точка заднего главного фокуса находится не на сетчатке (голубая точка), а между хрусталиком и сетчаткой (в стекловидном теле). Таким образом, четкое изображение рассматриваемого мира строится не на сетчатке, а в пространстве между ней и хрусталиком. Конечно, в таком случае мир выглядит размытым - сетчатка передает в мозг нечеткое изображение.

Вот примерно так смотрит на мир близорукий человек:

А если бы точка F находилась у него на сетчатке, он видел бы следующую картину:

В следующих статьях мы более подробно рассмотрим данную тему.

Подписывайтесь!

Список литературы:

1. The Complete Optometric Assistant, Sarah Morgan, Butterworth Heinemann - Elsevier, 2008, page 115

2. Clinical Optics (third edition), A.R. Elkington, H.J. Frank, M.J. Greany, Blackwell Publishing, 1999, page 113