خمس إجابات عن حدود سرعة الإدراك البصري البشري

سرعة الإدراك البصري البشري موضوع معقد بشكلٍ مدهش، ولا توجد إجابة واحدة قاطعة بشأنه. فالأمر يعتمد على نوع السرعة التي نرغب في رصدها. سنستعرض هنا خمسة جوانب رائعة للرؤية، ونجيب على أسئلة حول حدود السرعة المعروفة حاليًا لما يمكننا رؤيته - استمتعوا!

1. ما هو أقصر وقت يمكننا فيه إدراك وميض الضوء؟

وكما هو الحال مع العديد من الإجابات المثيرة للاهتمام في العلوم، فقد جاء هذا الأمر بشكل عرضي واتضح أنه يتجاوز بكثير ما كان يتخيله أي شخص.

أبلغ العديد من رواد الفضاء في الفضاء الخارجي عن رؤية ظواهر غريبة غير مفسرة، تتمثل في بقع خاطفة وخطوط ضوئية عابرة، حتى مع إغلاق أعينهم. وكانت هذه الظواهر تحدث كل بضع دقائق. واتضح لاحقًا أنهم كانوا يشاهدون ظاهرة تم اكتشافها حديثًا تُعرف باسم الجسيمات الكونية عالية الطاقة. وتُعد هذه الجسيمات أسرع كتلة متحركة في الكون المعروف حتى الآن.

تأتي الجسيمات الغريبة من مكان ما في مجرتنا درب التبانة، لكنها تستطيع السفر بسرعة تقارب سرعة الضوء، لدرجة أن الطاقة اللازمة لتسريعها تتجاوز أي شيء معروف في الفيزياء الفلكية - حتى أن اصطدام ثقبين أسودين فائقَي الكتلة لن يقتربا من ذلك! عندما تصطدم هذه الجسيمات بالغلاف الجوي للأرض، تتحول طاقتها إلى عدد لا يحصى من الجسيمات الجديدة (E = mc²).

النقطة المهمة هنا هي أنه عند هذه السرعة القصوى، فإن الوقت اللازم لإدراك مثل هذه الجسيمات عالية الطاقة عبر الرؤية البشرية هو في حدود أجزاء من الفيمتوثانية - حرفيًا الكوادريليون من الثانية!

كلما كان الوميض أكثر سطوعًا، قلّ الوقت اللازم لاكتشافه. في الفضاء الخارجي، يكاد التلوث الضوئي يكون معدومًا، لذا فإن التباين بين الضوء والظلام يقترب من أقصى حد ممكن.

مع ذلك، لا يوجد حاليًا فهمٌ للآليات العصبية البيولوجية لرؤية الجسيمات عالية الطاقة. من المرجح أن الأمر ينطوي على حقيقة أن ملايين الخلايا العصبية المختلفة قادرة على التقاط مدخلات حسية، ولكن كلما قلّ عدد هذه الخلايا، قلت دقة الإدراك. تشير بعض الأبحاث إلى أن أعيننا قادرة نظريًا على رصد فوتون واحد، لكن هذا حدث احتمالي.

2. كم عدد الإطارات في الثانية التي نحتاجها لإدراك الحركة السلسة؟

يُعدّ "معدل الإطارات في الثانية"، المعروف اختصاراً بـ "FPS"، المعيار الشائع لتقنياتنا المرئية مثل شاشات الكمبيوتر وأجهزة التلفاز والكاميرات. وقد تبيّن أنه مقياس مفيد للبشر أيضاً.

تم التوصل إلى إجابة هذا السؤال في أواخر القرن التاسع عشر بعد اختراع السينما. فقد وجدت شركات السينما الأولى أن 16 إطارًا في الثانية هو الحد الأدنى الذي يمكن أن يخدع الدماغ ليرى الحركة على الشاشة متصلة. ومن هنا يمكننا أن نفهم كيف يربط دماغنا الصور المنفصلة معًا لتكوين حركة بسرعات الأفلام (24 إطارًا في الثانية) وشاشات الكمبيوتر العادية (60 إطارًا في الثانية).

هذا معدل منخفض بشكلٍ مُثير للدهشة، فعلى سبيل المثال، تحتاج العديد من الحيوانات، كالطيور، إلى 75 إطارًا في الثانية على الأقل لمجرد إدراك الحركة. بالنسبة لها، تُشبه مشاهدة التلفاز رؤية سلسلة من الصور الثابتة المنفصلة.

تُجسّد هذه القدرة البشرية في الواقع شيئاً عميقاً حول مدى ضآلة المعلومات البصرية التي يحتاجها دماغنا لاستخلاص المعلومات الحسية. إليكم مثالاً من دراسة في علم النفس الفيزيائي.

كما ترون، يمكننا بناء نموذج داخلي للحركة من كمية صغيرة بشكل مدهش من الإشارات - مراكزنا البصرية تقوم بالعمل الشاق نيابة عنا!

3. كم عدد ومضات الضوء المطلوبة في الثانية الواحدة؟ انظر إلى الضوء على أنه مستمر.

يُطلق على هذا الحل اسم عتبة اندماج الوميض، وهو أيضاً من ابتكار رواد السينما الأوائل. فعلى الرغم من إمكانية إدراك الحركة بمعدل 16 إطاراً في الثانية، إلا أن وميض الشاشة بهذا المعدل كان يُعتبر مزعجاً للغاية. إليكم مثالاً من أول فيلم تم إنتاجه على الإطلاق.

لحل هذه المشكلة، طُوّرت تقنية غالق جديدة تعمل على وميض كل إطار صورة على حدة عدة مرات متتالية. وكان معدل الوميض الذي أصبح مريحًا وغير ملحوظ نسبيًا حوالي 46 ومضة في الثانية.

لذا، فإن قدرتنا على إدراك نبضات الضوء بوعي تعمل بسرعة تفوق سرعة قدرتنا على الحركة بثلاثة أضعاف تقريبًا من حيث معدل الإطارات في الثانية. باختصار، نحن أكثر حساسية للضوء من الحركة.

4. ما مدى سرعة إدراكنا لغياب الضوء؟

بمعنى آخر، ما مدى سرعة قدرتنا على رصد وميض أسود وسط ضوء مستمر؟ أُجريت أبحاث في هذا المجال على فئتين عمريتين، صغاراً وكباراً، لدراسة تدهور البصر مع التقدم في السن. ووجد أن زمن الرصد يبلغ حوالي 18 مللي ثانية لدى الشباب، و22 مللي ثانية لدى كبار السن.

يُترجم هذا إلى معدل إطارات يتراوح بين 45 و55 إطارًا في الثانية، حيث يصبح الإطار الأسود غير ملحوظ، أو خالٍ من الوميض. مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن هذا المعدل هو المتوسط، لكن النتائج الفردية تختلف اختلافًا كبيرًا.

حتى في مجموعة دراسة صغيرة، تمكن بعض المشاركين من رصد ومضة سوداء واحدة وسط 500 ومضة ضوئية في الثانية (أي ما يعادل 2 مللي ثانية). وهذا يُعدّ سرعة فائقة. بالمقارنة، تستغرق الرمشة الواحدة من 100 إلى 400 مللي ثانية، وهي مدة لا تُدرك عادةً.

5. ما المدة التي نحتاجها لرؤية مشهد ما حتى نتمكن من التعرف عليه؟

كشفت دراسة أجريت عام 2014 حول التعرف السريع على الصور أنه بإمكاننا رصد مشاهد محددة في فترات زمنية أقصر بكثير مما كان يُعتقد سابقًا. ففي تجارب عُرضت فيها صور عشوائية مختلفة (مثل منزل، كلب، غابة، إلخ) بتتابع سريع، تمكن المشاركون من التعرف على مشهد معين أو تذكره في غضون 13 مللي ثانية فقط.

هذا يعني عرض 75 صورة مختلفة في ثانية واحدة، والقدرة على تحديد وجود صورة معينة بدقة معقولة. يمكنك أن ترى بنفسك مدى سرعة هذه العملية.

ومن المثير للاهتمام أن هذا لم يكن الحد الأقصى، بل كان ببساطة أسرع ما يمكن للباحثين عرض الصور به في ذلك الوقت.

حسنًا، ها قد وصلنا إلى هذه النتيجة، نأمل أن تكونوا قد أدركتم أن الرؤية البشرية أعمق وأكثر غموضًا مما كنتم تظنون، وأنها حقًا رائعة. إذا كنتم ترغبون في التعمق أكثر، فإليكم هذا الفيديو الرائع على يوتيوب من قناة TechLaboratories يُقدم شرحًا مُفصلاً.