Μια Ματιά Μέσω των Φακών

ΠΟΣΟ συχνά βλέπομε κάποιον που δυσκολεύεται να διαβάση, κρατώντας ίσως το χαρτί σε μεγάλη απόστασι από τα μάτια του; Άλλοι πάλι μπορούν να διαβάζουν μόνο όταν η σελίδα είναι πολύ κοντά στα μάτια τους. Γιατί αυτές οι διαφορές στην όρασι; Αυτό έχει μεγάλη σχέσι με τη λειτουργία των φακών στο μάτι.

Φακοί που Διαθλούν το Φως

Το φως που αντανακλάται από τα γύρω μας αντικείμενα περνά διά μέσου των φακών του οφθαλμού και σχηματίζει εικόνες στον αμφιβληστροειδή χιτώνα στο πίσω μέρος του βολβού του οφθαλμού. Αυτό ερεθίζει τα νεύρα που οδηγούν στον εγκέφαλο, ο οποίος εμφανίζει τις κινούμενες εικόνες που σχηματίζονται μ’ αυτό τον τρόπο. Αλλά αυτές οι εικόνες συμβαίνει να είναι ανάποδες ή ανεστραμμένες! Τι ευλογία είναι για μάς που ο Σχεδιαστής του οφθαλμού έχει επίσης διδάξει τον εγκέφαλο πώς να ξαναφέρνει αυτές τις εικόνες στη σωστή θέσι!

Η αναστροφή των εικόνων καθώς εισέρχονται στο μάτι συμβαίνει διότι οι φακοί των οφθαλμών μας είναι κυρτοί και όμοιοι σε μέγεθος μ’ ένα δισκίο ασπιρίνης και ο τύπος αυτός των φακών έχει το ασύνηθες χαρακτηριστικό να «παραμορφώνη» τις ακτίνες του φωτός που περνούν διά μέσου του, για να σχηματισθή μια ανεστραμμένη εικόνα του αντικειμένου από το οποίο προήλθαν οι ακτίνες.

Αυτό μπορείτε να το παραστήσετε μ’ ένα μεγεθυντικό φακό. Πολύ όμοιος με δυο πιατάκια ενωμένα χείλος με χείλος, ο μεγεθυντικός φακός είναι παχύτερος στο μέσον παρά στις άκρες. Σε ωρισμένες αποστάσεις αυτός ο φακός μπορεί να χρησιμοποιηθή για να δώση μια μεγέθυνσι ενός πράγματος, λόγω του τρόπου που διαθλά τις ακτίνες του φωτός που περνούν διά μέσου του. Ίσως μάλιστα και να διαβάζετε αυτήν τη σελίδα με τη βοήθεια τέτοιου φακού. Η μεγέθυνσις όμως θα συμβή μόνον όταν το αντικείμενο που παρατηρούμε κρατήται κοντά στο φακό, δηλαδή πλησιέστερα από το διπλάσιον της εστιακής αποστάσεως του φακού. Αυξήστε τώρα την απόστασι μεταξύ του ματιού σας και του μεγεθυντικού φακού. Κρατήστε τον μακριά με τεντωμένο τον βραχίονά σας και κυττάξτε μέσα απ’ αυτόν μια φωτογραφία στον τοίχο. Θα παρατηρήσετε ότι όλα φαίνονται ανάποδα. Γιατί; Λόγω της εσωτερικής διαθλάσεως των ακτίνων του φωτός καθώς περνούν μέσα από τον φακό. Η εικόνα είναι ανεστραμμένη.

Οι ακτίνες του φωτός που περνούν από το κέντρο ενός κυρτού φακού δεν διαθλώνται σε αξιοσημείωτο βαθμό, αλλά οι ακτίνες που πέφτουν πάνω στον φακό σε κάποια απόστασι από το κέντρον διαθλώνται για να περάσουν από ένα ωρισμένο σημείο που ονομάζεται εστία. Η απόστασις μεταξύ του σημείου αυτού και του κέντρου του φακού ονομάζεται εστιακή απόστασις.

Χρησιμοποιήσατε ποτέ έναν μεγεθυντικό φακό για να ανάψετε φωτιά; Αναφέρεται ότι οι αρχαίοι Έλληνες και οι Ρωμαίοι χρησιμοποιούσαν γυάλινα δοχεία γεμάτα νερό ως «καίοντας φακούς.» Οι ακτίνες του ηλίου περνούσαν μέσα από το νερό, συνέκλιναν σε μια εστία πάνω σ’ ένα εύφλεκτο υλικό και το έκαναν να καή. Για να το αποδείξετε αυτό, μπορείτε να συγκεντρώνετε τις ακτίνες του ηλίου σ’ ένα κομμάτι χαρτί ρυθμίζοντας την απόστασι του φακού από το χαρτί ώστε να σχηματισθή ένα μικρό άσπρο σημείο. Αυτό γρήγορα θα θερμανθή τόσο πολύ ώστε το χαρτί θ’ ανάψη, διότι το άσπρο σημείο είναι πραγματικά μια εικόνα του ηλίου που εμφανίζεται στην εστία του φακού. Είναι προφανώς λοιπόν ένας συνετός κανόνας ποτέ να μην ατενίζετε τον ήλιο με φακούς, ειδικά με τηλεσκόπια και κιάλια, γιατί αυτό θα μπορούσε να προξενήση ανεπανόρθωτη βλάβη στο μάτι.

Οι Γυάλινοι Φακοί Έχουν τα Προβλήματά τους

Όπως θα έχετε ίσως παρατηρήσει, οι φακοί δεν είναι κομμάτια γυαλιού σαν τους συνήθεις υαλοπίνακες, αλλά συνήθως κατασκευάζονται από ειδικό γυαλί σε σχήματα προσεκτικά μετρημένων γωνιών και τόξων σύμφωνα με πολύπλοκους τύπους των κατασκευαστών των φακών. Γενικά, όταν χρησιμοποιούνται σε οπτικά όργανα, είναι πολύ λεπτότεροι από τους φακούς αναγνώσεως της χειρός.

Οι απλοί φακοί παρουσιάζουν αρκετά προβλήματα από τα οποία τα συνηθέστερα είναι το σφάλμα σφαιρικότητος και το χρωματικόν σφάλμα. Αν κυττάξετε από κοντά μια εικόνα σε μια οθόνη που σχηματίσθηκε από έναν απλό φακό, θα παρατηρήσετε αυτό που ονομάζεται σφάλμα σφαιρικότητος. Αυτό είναι μια παραμόρφωσις της εικόνος, που συμβαίνει επειδή οι ακτίνες του φωτός από το αντικείμενο περνούν μέσα από τον φακό σε ελαφρώς διαφορετικές γωνίες με αποτέλεσμα να μη συγκεντρώνωνται καθαρά στο ίδιο σημείο. Το πρόβλημα αυτό δεν δημιουργείται με τα μάτια μας ούτε και ελαττώνεται η καθαρότης στις άκρες του φακού, πράγμα που συμβαίνει με τους ανθρωποποίητους φακούς.

Ούτε και υποφέρομε από χρωματικά σφάλματα. Το λευκό φως, όταν διαθλασθή αρκετά, αναλύεται σε επτά χρώματα του φάσματος (κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, μπλε, λουλακί και ιώδες), που καθένα διαθλάται σε ελαφρώς διαφορετική γωνία και συγκεντρώνεται το ένα μπροστά απ’ το άλλο, με το ιώδες πρώτο και το κόκκινο τελευταίο. Αυτό δίνει στην εικόνα τα χρώματα του ουρανίου τόξου, που ονομάζεται χρωματικόν σφάλμα.

Αν και είναι αδύνατον να διορθωθούν όλα τα γνωστά σφάλματα στους ανθρωποποίητους φακούς, μπορούν εν τούτοις να καλυφθούν αποτελεσματικά με τον συνδυασμό πολλών φακών ακριβείας. Αυτοί μπορούν να συγκολληθούν με καναδικόν βάλσαμον, ένα ρετσίνι από το έλατο της Βορείου Αμερικής. Μερικοί φακοί επιχρίονται για να εμποδιστούν «φανταστικά» είδωλα.

Σύνθετα συστήματα χρησιμοποιούνται επίσης στα τηλεσκόπια, στα κιάλια και στα μικροσκόπια. Αυτά εφαρμόζουν την αρχή ενός κυρτού φακού ο οποίος σχηματίζει μια εικόνα στον σωλήνα του μικροσκοπίου ή τηλεσκοπίου, η οποία δεν προβάλλεται όμως σε κάποια οθόνη αλλά πέφτει μέσα στην εστιακή απόστασι ενός αντοφθαλμίου. Η εικόνα που σχηματίζεται εκεί παρατηρείται τότε μέσω του αντοφθαλμίου, δίνοντας έτσι μια μεγέθυνσι του αντικειμένου.

Η ανεστραμμένη μορφή της εικόνος δεν έχει σημασία στο μικροσκόπιο. (Το «σλάιντ» που βλέπομε μπορούμε πρώτα να το αντιστρέψωμε.) Αλλ’ ένας πλοίαρχος δεν θα ήταν ευχαριστημένος με τα κιάλια του ή το τηλεσκόπιό του, αν το επόμενο λιμάνι που θα έφθανε εμφανιζόταν ανάποδα. Γι’ αυτό τον λόγο εισάγεται μεταξύ του αντικειμενικού φακού και του αντοφθαλμίου μια σειρά φακών ή πρισμάτων διορθώσεως για να διορθώση αυτό το πρόβλημα.

Η κατασκευή φακών από ευφυείς ανθρώπους απαιτεί πλήρη γνώσι των τύπων της οπτικής, των μαθηματικών τύπων της διαθλάσεως του φωτός και υπομονητικήν επιδεξιότητα, που μαθαίνεται και αποκτάται στη διάρκεια πολλών ετών εκπαιδεύσεως από κάποιον άλλον έμπειρον σ’ αυτές τις τέχνες. Αφού έτσι είναι τα πράγματα, τότε, για να χρησιμοποιήσωμε τα λόγια του Ισαάκ Νεύτωνος όταν συζητούσε για την αρχή της ζωής, με ποια λογική φθάνουν μερικά άτομα στο ασυνάρτητο συμπέρασμα ότι τα περίπλοκα πράγματα στον φυσικό κόσμο ήλθαν σε ύπαρξι χωρίς ένα νοήμονα Δημιουργό;

Ο Πιο Έξοχος Φακός του Οφθαλμού

Όταν βλέπετε μέσα στη «μαύρη τρύπα» του οφθαλμού σας, βλέπετε πραγματικά μέσα από τον φακό το σκοτεινό εσωτερικό του βολβού του οφθαλμού. Ο μικροσκοπικός φακός κρατείται στη θέσι του πίσω από την έγχρωμη ίριδα από ακτινωτούς μυς και ακολουθεί τις ίδιες αρχές διαθλάσεως που εφήρμοσε ο άνθρωπος στους τεχνητούς φακούς. Ο εγκέφαλος, με το να μετατρέπη τις νευρικές ωθήσεις που του μεταδίδονται από τον αμφιβληστροειδή χιτώνα σε έγχρωμες τρισδιάστατες κινούμενες εικόνες, μας δίνει μια συναρπαστική όρθια άποψι λίγο μεγαλύτερη από την εικόνα επί του αμφιβληστροειδούς χιτώνος, αλλά πάντοτε σε οπτική αναλογία με τα σώματά μας. Αυτό αληθεύει είτε πρόκειται για ένα μπιζέλι σ’ ένα πιάτο είτε για ένα βάζο με ανθισμένες πασχαλιές ή ένα μεγαλοπρεπές χιονοσκέπαστο βουνό.

Για να μπορούμε να βλέπωμε σ’ ένα χάρτη στα γόνατά μας τη μια στιγμή και την επόμενη να βλέπωμε τα τοπία και τα βουνά μίλια μακρυά, δείχνει ότι ο φακός του ματιού έχει σχεδιαστή τέλεια. Μπορεί να συγκεντρωθή στιγμιαίως και ευκρινώς διορθώνοντας αυτομάτως τα σφάλματα που θα μπορούσαν να παρουσιασθούν σε ανθρωποποίητους φακούς. Τι σύγχυσι θα έφερνε να βλέπαμε μια παραμορφωμένη εικόνα που να αλλάζη συνεχώς σε κάθε κίνησι του κεφαλιού, με πολύχρωμες σκιές γύρω από κάθε εικόνα!

Τα διαθλαστικά και συγκεντρωτικά όργανα του οφθαλμού, δηλαδή ο φακός και ο κερατοειδής χιτών (το κυρτό διαφανές κάλυμμα του οφθαλμού), διακηρύσσουν αληθινά το ευφυές έργο του Δημιουργού. Ακόμη και ο Κάρολος Δαρβίνος παρεδέχθη την ανοησία της θεωρίας του περί φυσικής επιλογής, όταν εμελέτησε το μάτι: «Το να υποθέση κανείς ότι ο οφθαλμός με όλες του τις απαράμιλλες επινοήσεις για τη ρύθμισι της εστίας σε διαφορετικές αποστάσεις, με την ικανότητά του να επιτρέπη την διέλευσι διαφορετικών ποσοτήτων φωτός και να διορθώνη το σφάλμα σφαιρικότητος και το χρωματικό σφάλμα, θα μπορούσε να σχηματισθή με τη φυσική επιλογή, πρέπει να ομολογήσω καθαρά ότι φαίνεται ανοησία υψίστου βαθμού.»—Η Γένεσις των ειδών, σελίς 190.

ΟΙ Φακοί των Γυαλιών

Ο φακός του ματιού είναι εξαιρετικά εύκαμπτος και μπορεί να καμφθή, να επιμηκυνθή και να πλατυνθή. Αυτή η ικανότης του σε συνδυασμό με τη διαθλαστική δύναμι του κερατοειδούς χιτώνος είναι αιτία που επιτρέπουν την ταχεία και ακριβή συγκέντρωσι των ακτίνων χωρίς παραμόρφωσι. Εν τούτοις τα γηρατειά μπορούν να σκληρύνουν τον φακό ή τους προσκολλημένους σ’ αυτόν ακτινωτούς μυς και να κάμη τη ρύθμισι (που ονομάζεται προσαρμογή) και την καθαρή συγκέντρωσι των ακτίνων πιο δύσκολη. Μερικοί έχουν μια αδυναμία καθαράς εστίας λόγω του ασυνήθους σχήματος του βολβού, που ίσως να είναι μακρύτερος ή βραχύτερος από τον μέσον όρον των είκοσι τεσσάρων χιλιοστομέτρων (περίπου μια ίντσα) σε μήκος.

Ο φακός του οφθαλμού σας ξεκουράζεται όταν παρατηρήτε μακρυνά αντικείμενα, αλλά πιέζεται από τους ακτινωτούς μυς και γίνεται παχύτερος όταν πρόκειται να συγκεντρωθή σε κοντινά αντικείμενα. Λόγω αυτής της μυϊκής δράσεως τα μάτια μας κουράζονται όταν κάνωμε εργασία κοντά στα μάτια μας ή όταν διαβάζωμε ή γράφωμε.

Αν ο βολβός είναι πολύ μακρύς, η εικόνα συγκεντρώνεται πιο μπροστά από τον αμφιβληστροειδή χιτώνα και εμφανίζεται θαμπή προκαλώντας μυωπία. Αυτό μπορεί να διορθωθή με τη χρήσι γυαλιών με κοίλους φακούς, οι οποίοι προκαλούν απόκλισι του φωτός που εισέρχεται στο μάτι και βοηθούν τον κυρτό φακό του ματιού να συγκεντρώση κατάλληλα την εικόνα (να σχηματίση εστία) επάνω στον αμφιβληστροειδή χιτώνα.

Αντίθετα, η πρεσβυωπία συμβαίνει διότι ο βολβός είναι πολύ μικρός και η εικόνα σχηματίζεται πίσω από τον αμφιβληστροειδή χιτώνα. Γυαλιά με κυρτούς φακούς που μπαίνουν μπροστά από τα μάτια θα κάμουν τις ακτίνες του φωτός που εισέρχονται να συγκλίνουν και θα τις οδηγήσουν κατάλληλα επάνω στον αμφιβληστροειδή χιτώνα.

Ο σχηματισμός μιας εικόνος πίσω από τον αμφιβληστροειδή χιτώνα μπορεί επίσης να συμβή όταν ο φακός του ματιού χάνη τη δύναμί του να προσαρμόζεται και φθάση σ’ ένα σημείο που δεν μπορεί να πάρη το βαθειά κυρτωμένο σχήμα που είναι αναγκαίο για τη δημιουργία καθαρής εστίας των πλησίον αντικειμένων. Συνήθως αυτό επηρεάζει εκείνους που έχουν περάσει τη μέση ηλικία και αυτή η κατάστασις ονομάζεται πρεσβυωπία, δηλαδή «γεροντική όρασις,» και χρειάζονται κυρτοί φακοί στα γυαλιά για να διορθωθή η αδυναμία.

Θα πρέπει να φροντίζωμε πολύ για τα μάτια μας. Μην τρίβετε τα μάτια σας αν μπη σκόνη μέσα σ’ αυτά ούτε να τα τρίβετε με βρώμικα χέρια ή πανιά. Ίσως κάποιος άλλος μπορέση να βγάλη το ξένο σώμα προσεκτικά μ’ ένα καθαρό μαντήλι—ίσως ακόμη κι ένας γιατρός, αν είναι ανάγκη. Και αν διαβάζετε τη νύχτα, θα σας προξενήση λιγώτερη κούρασι στα μάτια ένα ομοιόμορφα καλά φωτισμένο δωμάτιο παρά αν διαβάζετε σ’ ένα δωμάτιο με αδύνατο φως.

Οι Φακοί των Οφθαλμών των Άλλων Πλασμάτων

Αν μπορούσατε να δήτε μέσα από τους φακούς μερικών εντόμων, θα βρίσκατε ότι είναι χρήσιμοι για γρήγορο πέταγμα ή για τον υπολογισμό της ταχύτητος. Τα μάτια τους αποτελούνται από πολυάριθμους φακούς που παράγουν χωριστές εικόνες. Ο χρόνος που περνά μεταξύ της κινήσεως μιας εικόνος από το ένα τμήμα του ματιού στο άλλο χρησιμεύει για να δείξη την ταχύτητά της.

Τα σπονδυλωτά έχουν διπλούς φακούς για όρασι. Μερικά, όπως τα άλογα, έχουν πανοραμική όρασι και είναι ικανά να βλέπουν σχεδόν ολόγυρα. Άλλα, μεταξύ των οποίων και ο άνθρωπος, οι κουκουβάγιες και οι πίθηκοι έχουν μάτια στο μπροστινό μέρος της κεφαλής και παρέχουν όρασι όπου κάθε μάτι καλύπτει το άλλο. Τα μάτια των πουλιών έχουν εξαιρετικά αξιοσημείωτους φακούς που παράγουν τηλεσκοπικά και μικροσκοπικά αποτελέσματα. Αυτό τα κάνει ικανά να έχουν την πιο οξεία όρασι από όλα τα άλλα πλάσματα. Οι αετοί, οι γύπες και άλλα πουλιά της οικογενείας των μπορούν να ιδούν μικροσκοπικά πράγματα από τεράστιες αποστάσεις.

Πολλές φυσικές εφαρμογές των αρχών της διαθλάσεως και της οπτικής έχουν κάνει τον άνθρωπο να θαυμάζη για τη χρησιμότητά των και να τις προσαρμόζη για τη δική του εξυπηρέτησι, ενεργώντας έτσι με νοημοσύνη αφού πρώτα διδάχθηκε από τα έργα του Δημιουργού.

[Διάγραμμα στη σελίδα 18]

(Για το πλήρως μορφοποιημένο κείμενο, βλέπε έντυπο)

Το μυωπικό μάτι: ο βολβός του ματιού είναι πολύ μακρύς και η εικόνα συγκεντρώνεται εμπρός από τον αμφιβληστροειδή χιτώνα

Η μυωπία διορθώνεται με τη χρήσι κοίλων φακών, οι οποίοι βοηθούν τον φακό του ματιού να συγκεντρώνη την εικόνα επάνω στον αμφιβληστροειδή χιτώνα