Katse linssien lävitse

KUINKA usein näemmekään lukemisen olevan jollekulle vaikeaa, niin että hän kenties pitää paperia käsivarren etäisyydellä! Toiset saattavat lukea vain, kun sivu on hyvin lähellä heidän silmiään. Miksi näössä on tällaisia eroja? Se johtuu paljolti silmälinssin eli mykiön toiminnasta.

Linssit, jotka taittavat valon

Kaikkialla ympärillämme olevista esineistä heijastuva valo kulkee silmän mykiön läpi ja muodostaa kuvia silmämunan takaseinällä olevalle verkkokalvolle. Tämä saa aivoihin johtavat hermot toimimaan, ja aivot kehittävät täten muodostuneet liikkuvat kuvat. Mutta nämä kuvat sattuvat olemaan ylösalaisin! Mikä siunaus meille onkaan, että silmän Suunnittelija antoi aivoille myös ohjeet siitä, kuinka kääntää nämä kuvat oikein päin!

Kuvat kääntyvät nurin silmän sisään kulkiessaan, koska aspiriinitabletin kokoinen silmälinssimme on kupera. Tämäntyyppisellä linssillä on epätavallinen ominaisuus saada sen läpi kulkevat valonsäteet menemään ristikkäin, niin että muodostuu ylösalainen kuva säteiden alkulähteestä.

Voit havainnollistaa tämän suurennuslasilla. Suurennuslasi on jokseenkin kahden reunat vastakkain asetetun teevadin kaltainen, keskeltä paksumpi kuin reunoilta. Tietyillä etäisyyksillä tällaista linssiä voi käyttää antamaan jostakin suurennetun kuvan, koska se taittaa sen läpi kulkevat valonsäteet siten. Saatat jopa parhaillaan lukea tätä sivua sellaisen linssin avulla. Suurennus tapahtuu kuitenkin ainoastaan kun tarkasteltavaa esinettä pidetään linssin lähellä, so. lähempänä kuin kaksi kertaa linssin polttoväli. Lisää nyt silmäsi ja suurennuslasin välistä etäisyyttä. Pidä sitä käsivarren etäisyydellä ja tähyile sen läpi seinällä olevaa maalausta. Huomaat, että kaikki näkyy ylösalaisena. Miksi? Koska valonsäteet taittuvat sisäänpäin lasin läpi kulkiessaan. Kuva on kääntynyt nurin.

Kuperan linssin keskustan läpi kulkevat valonsäteet eivät taitu mitenkään huomattavassa määrin. Mutta ne, jotka osuvat linssiin jonkin matkan päähän keskustasta, taittuvat ja kulkevat polttopisteeksi nimitetyn pisteen kautta. Tämän pisteen ja linssin keskustan välistä etäisyyttä nimitetään polttoväliksi.

Oletko koskaan käyttänyt suurennuslasia tulen sytyttämiseen? Muinaisten kreikkalaisten ja roomalaisten kerrotaan käyttäneen vedellä täytettyjä lasisäiliöitä ”polttolaseina”. Auringon säteet kulkivat veden läpi, yhtyivät polttopisteeseen jonkin tulenaran aineen pinnalle ja saivat sen syttymään. Havainnollistaaksesi tätä voit koota auringon säteet paperiarkille polttopisteeseen sovittamalla linssin etäisyyden paperista sellaiseksi, että muodostuu pieni valkoinen piste. Siitä tulee pian niin kuuma, että paperi palaa, koska tuo valkoinen piste on todellisuudessa linssin polttopisteessä esiintyvä auringon kuva. On ilmeisesti viisasta olla koskaan kurkistamatta aurinkoa linssien, varsinkaan kaukoputkien ja kiikareiden, läpi, sillä se voisi aiheuttaa silmälle korjaamatonta vahinkoa.

Toinen, koveraksi nimitetty linssilaji on kahden pohjat vastakkain asetetun teevadin muotoinen; se on reunoilta paksumpi kuin keskeltä. Tämä linssi hajottaa eli levittää sen läpi kulkevat valonsäteet. Koveria linssejä käytetään useimmiten yhdessä kuperien kanssa, ja niiden kykyä hajottaa valonsäteitä oli sovellettu näön avuksi.

Lasilinsseissä esiintyvät puutteet

Kuten olet saattanut panna merkille, linssit eivät ikkunaruutujen tapaan ole lasinpaloja, vaan ne valmistetaan tavallisesti erikoislasista linssintekijän monimutkaisten kaavojen mukaan huolellisesti mitattujen kulmien ja kaarien muotoon. Kun niitä käytetään optisissa laitteissa, ne ovat yleensä paljon ohuempia kuin kädessä pidettävät suurennuslasit.

Yksinkertaisissa linsseissä esiintyy lukuisia puutteita, joista tavallisimpia ovat pallopoikkeama ja väripoikkeama. Jos katsot tarkkaan yksinkertaisen linssin valkokankaalle muodostamaa kuvaa, huomaat sen, mitä nimitetään pallopoikkeamaksi eli -aberraatioksi. Se on kuvan vääristymistä siksi, että kohteesta tulevat valonsäteet kulkevat linssin läpi lievästi eri kulmissa eivätkä sen johdosta kohdistu tarkalleen samaan paikkaan. Silmässämme ei ole tätä puutetta, eikä terävyys katoa mykiön reunoilla niin kuin ihmisten valmistamissa linsseissä.

Emme myöskään kärsi väripoikkeamasta. Kun ”valkoista valoa” taitetaan riittävästi, se hajaantuu kirjon seitsemään väriin (punaiseen, punakeltaiseen, keltaiseen, vihreään, siniseen, tummansiniseen ja sinipunaiseen), joista jokainen taittuu hieman eri kulmassa ja kerääntyy polttopisteeseen toistensa perään sinipunainen ensimmäisenä ja punainen viimeisenä. Tämä antaa kuvalle sateenkaarireunat, mitä nimitetään väripoikkeamaksi eli -aberraatioksi.

Vaikka ihmisten valmistamien linssien kaikkia tunnettuja poikkeamia on mahdotonta oikaista, niitä voidaan tehokkaasti kätkeä useiden tarkkuuslinssien yhdistelmien avulla. Nämä saatetaan kitata toisiinsa kanadanpalsamilla, pohjoisamerikkalaisen palsamikuusen pihkalla. Jotkin linssit on päällystetty kalvolla, jotta ”aaveiden” eli heijastumien muodostuminen ehkäistyisi.

Monimutkaisia linssijärjestelmiä käytetäänkin kaukoputkissa, kiikareissa ja mikroskoopeissa. Niissä sovelletaan periaatetta, että kupera objektiivilinssi luo mikroskoopin tai kaukoputken putkeen kuvan, joka ei näy missään valkokankaalla vaan joka pannaan lankeamaan okulaarin polttovälille. Sinne muodostuvaa kuvaa katsotaan sitten okulaarin läpi, joka antaa kohteesta suurennetun kuvan.

Sillä, että kuva on ylösalaisin, ei todellakaan ole väliä mikroskoopissa. (Tarkasteltava preparaatti voidaan ensiksi kääntää ylösalaisin.) Mutta kukaan laivan kapteeni ei olisi tyytyväinen kiikariinsa tai kaukoputkeensa, jos hänen seuraava poikkeamissatamansa näkyisi nurinpäin. Siksi objektiivilinssin ja okulaarin välillä käytetään korjauslinssi- tai prismasarjaa tuon puutteen korjaamiseksi.

Linssien valmistaminen edellyttää älykkäiltä ihmisiltä optiikan ja valon matemaattisten taittumiskaavojen perinpohjaista tuntemusta ja, sitten sen lisäksi kärsivällistä taitoa, joka on opittu ja kertynyt jonkun näihin taitoihin perehtyneen useiden vuosien aikana antaman valmennuksen ansiosta. Koska asia on näin, niin, käyttääksemme Isaac Newtonin sanoja hänen käsitellessään elämän alkuperää, ’millaisella järkeilyllä jotkut ihmiset oikein tulevat sellaiseen ristiriitaiseen johtopäätökseen’, että luomakunnan monimutkaiset ihmeet ovat syntyneet ilman älykästä Luojaa?

Silmän verraton linssi

Kun katsot silmässäsi olevaa ”mustaa reikää”, katsot todellisuudessa mykiön eli silmälinssin läpi silmämunan mustaan sisustaan. Sädelihas pitää pienen mykiön paikallaan värikalvon (iiriksen) takana, ja mykiö noudattaa samoja valon taittumisen periaatteita, joita ihminen on soveltanut keinotekoisiin linsseihin. Muuntaessaan verkkokalvolta välittyvät hermoärsykkeet monivärisiksi, kolmiulotteisiksi, liikkuviksi kuviksi aivot antavat meille jännittävän oikein päin olevan näkymän jostakin verkkokalvolla olevaa kuvaa suuremmasta, mutta siten, että se on aina optisesti suhteessa elimistöömme. Tämä pitää paikkansa, olkoonpa kysymys herneestä tai lautasesta, maljakollisesta kukkivia sireenejä tai suurenmoisista lumipeitteisistä vuorista.

Se, että me kykenemme yhtenä hetkenä katsomaan polvillamme olevaa karttaa ja seuraavana hetkenä silmäilemään kilometrien päässä olevaa vuoristomaisemaa, osoittaa, että silmän mykiö on suunnittelultaan täydellinen. Se pystyy tarkentumaan silmänräpäyksessä ja korjaamaan automaattisesti poikkeamat, joita esiintyy ihmisten valmistamissa linsseissä. Kuinka hämmentävää olisikaan saada vääristynyt kuva, joka alituiseen muuttuisi jokaisesta pään liikahduksesta moniväristen reunusten ympäröidessä joka kuvaa!

Silmän, itse mykiön ja sarveiskalvon (silmän kaarevan, läpinäkyvän pinnan) taittamis- ja tarkentumiskyky julistaa tosiaan Luojan älykästä kätten työtä. Jopa Charles Darwin myönsi luonnonvalinnan teoriansa järjettömyyden tarkastellessaan silmää: ”Olettamus, että silmä kaikkine jäljittelemättömine laitteineen, joiden tarkoituksena on sovittaa polttopiste eri etäisyyksille, päästää sisään erisuuruisia valomääriä ja oikaista pallomuodosta ja värityksestä johtuvia erehdyksiä, on muodostunut luonnollisen valinnan vaikutuksesta, tuntuu, myönnän sen, peräti järjenvastaiselta.” – Lajien synty, 2. painos, s. 236.

Silmälasien linssit

Silmän mykiö on erittäin mukautuva ja voi taipua, pullistua kuperaksi tai pidentyä ja pusertua litteämmäksi. Juuri tämä kyky yhdistyneenä sarveiskalvon taittovoimaan sallii vääristymättä nopean, täsmällisen tarkentamisen. Vanheneminen voi kuitenkin kovettaa mykiön tai siihen kiinnittyneen sädelihaksen, mikä tekee mukautumisen (akkommodaation) ja selvän tarkentumisen vaikeammaksi. Joillakuilla on tarkentuminen heikkoa silmämunan epätavallisen muodon vuoksi, kun se kenties on pituudeltaan keskimääräistä 24 millimetriä pitempi tai lyhyempi.

Silmäsi mykiö on levossa, kun katselet kaukaisia esineitä, mutta sädelihas pusertaa sen paksummaksi katseen kohdistamiseksi lähellä oleviin esineisiin. Tämän lihastoiminnan vuoksi saamme ”silmäsäryn” työskentelystä lähellä silmiä tai lukemisesta tai kirjoittamisesta.

Se, että silmämuna on liian pitkä, aiheuttaa likinäköisyyden, jolloin kuva tarkentuu ennen verkkokalvoa ja näyttää epäselvältä. Tämä voidaan korjata käyttämällä koveria silmälaseja, jotka hajaannuttavat silmään saapuvan valon ja auttavat silmän kuperaa mykiötä muodostamaan polttopisteen verkkokalvolle oikein.

Pitkänäköisyyttä toisaalta esiintyy silmämunan liiallisen pienuuden tähden, ja kuva muodostuu verkkokalvon taakse. Silmän eteen asetettu kupera silmälasin linssi kokoaa saapuvat valonsäteet ja ohjaa ne verkkokalvolle oikein.

Myös silloin kuva muodostuu verkkokalvon taakse, kun silmän mykiö kadottaa mukautumiskykynsä eikä enää kykene pullistumaan niin kuperaksi kuin on välttämätöntä, jotta lähellä olevat esineet nähtäisiin tarkasti. Tämä tavallisesti keski-iän sivuuttaneita vaivaava tila tunnetaan presbyopiana, ”ikänäkönä”, ja heikkouden korjaamiseksi silmälaseissa tarvitaan kuperia linssejä.

Meidän pitäisi kohdella silmiämme hyvin varovasti. Jos saat silmääsi hiekkajyväsen, älä törki sitä ympäriinsä tai hierusta sitä likaisilla sormilla tai vaatteilla. Joku toinen tai tarvittaessa ehkä jopa lääkäri voi kyetä nostamaan vieraan hiukkasen pois puhtaan nenäliinan avulla. Jos luet illalla, silmäsi rasittuvat vähemmän tasaisesti ja hyvin valaistussa huoneessa kuin valotuikun alla lukiessasi.

Muiden luomusten linssit

Jos voisit katsoa joidenkin hyönteisten mykiöiden läpi, toteaisit ne käyttökelpoisiksi nopeaan syöksähtelevään lentämiseen tai nopeuden arvioimiseen. Niiden silmissä on lukuisia, erillisiä kuvia muodostavia mykiöitä. Aika, joka kuluu kohteen kuvan liikkumiseen silmän lohkosta toiseen, ilmaisee sen nopeuden.

Selkärankaisilla on näkemistä varten mykiöitä pareittain. Joillakin eläimillä, kuten hevosella, on laaja näkökenttä; ne pystyvät näkemään lähes kaikkialle ympärilleen. Toisilla, mm. pöllöillä ja apinoilla samoin kuin ihmiselläkin, on silmät enemmän pään etupuolella, jolloin molempien silmien näkökentät peittävät osittain toisensa. Lintujen silmissä on erikoisimmat linssit: ne vaikuttavat kaukoputken ja mikroskoopin tavoin. Tämän vuoksi niillä voi olla kaikista luomuksista terävin näkö. Kotkat, korppikotkat ja toiset niiden sukuun kuuluvat pystyvät näkemään pikkuruisia esineitä valtavien etäisyyksien päästä.

Valon taittumisen ja optiikan periaatteiden monet luonnossa tavattavat sovellutukset ovat saaneet ihmisen hämmästelemään niiden käyttöä ja omaksumaan ne omaksi hyödykseen ja ottamaan siten järkevästi oppia Luojan kätten töistä.

[Kaavio s. 13]

(Ks. painettu julkaisu)

Likinäköisyys korjataan koverilla linsseillä, jotka auttavat mykiötä tarkentamaan kuvan verkkokalvolle oikein

Likinäköinen silmä: silmämuna on liian pitkä ja kuva lankeaa verkkokalvon eteen