En blick genom linser

HUR ofta ser vi inte någon som har svårigheter med att läsa och kanske håller tidningen så långt ifrån sig som möjligt? Andra kan läsa bara när de håller texten mycket nära ögonen. Vad beror dessa skillnader i synförmågan på? De har mycket att göra med hur linsen i ögat arbetar.

Linser som bryter ljuset

Ljus som återkastas från föremål omkring oss passerar genom ögats lins och ger upphov åt bilder på näthinnan i bakre delen av ögongloben. På så sätt aktiveras de nerver som leder till hjärnan, vilken tolkar de rörliga bilder som uppstår på näthinnan. Men dessa bilder råkar vara upp och nedvända! Vilken välsignelse för oss att ögats Skapare också gav hjärnan instruktioner om hur den skulle vända dessa bilder rätt igen!

Bilderna blir upp och nedvända när ljusstrålarna kommer in i ögat därför att ögats lins är konvex. Den har ungefär samma format som en aspirintablett. Detta slag av lins har den ovanliga egenskapen att kasta om ljusstrålarna som passerar genom den, så att det bildas en upp och nedvänd bild av det föremål som skickat ut strålarna.

Man kan illustrera detta med ett förstoringsglas. Det är tjockare på mitten än vid kanterna och liknar två tallrikar som placerats med ovansidorna mot varandra. På vissa avstånd kan denna lins användas för att ge en förstorad bild av något, på grund av det sätt på vilket ljusstrålarna bryts när de passerar genom den. Du kanske till och med läser den här sidan med hjälp av en sådan lins. Men förstoring uppträder bara när de föremål som betraktas hålls nära linsen, det vill säga närmare än linsens dubbla brännvidd. Öka nu avståndet mellan ögat och förstoringsglaset. Håll det på en armlängds avstånd och kika igenom det på en tavla som hänger på väggen. Du kommer att lägga märke till att allting ser ut att vara upp och ned. Varför det? På grund av att ljusstrålarna bryts inåt när de passerar genom glaset. Bilden blir upp och nedvänd.

De ljusstrålar som passerar genom centrum på en konvex lins böjs eller bryts inte i någon märkbar utsträckning. Men de som träffar linsen en bit ifrån centrum bryts så att de passerar genom en viss punkt som kallas brännpunkten. Avståndet mellan denna punkt och linsens centrum kallas brännvidden.

Du kanske någon gång har använt ett förstoringsglas till att tända eld med. De gamla grekerna och romarna sägs ha använt glasbehållare fulla med vatten som ”brännglas”. Solens strålar passerade genom vattnet, bröts samman till en brännpunkt, där man placerat något brännbart material, och antände det. För att demonstrera detta kan du samla solstrålarna på en bit papper genom att ställa in linsens avstånd från papperet, så att det bildas en liten ljus fläck på det. Denna fläck blir snart så het att papperet tar eld, vilket beror på att den ljusa fläcken i själva verket är en bild av solen, som uppträder i linsens brännpunkt. Det är tydligen en förståndig regel att aldrig kika på solen genom linser, särskilt inte med teleskop och kikare, eftersom detta kan medföra obotliga skador på ögat.

Den andra linstypen sägs vara konkav och har samma form som två tallrikar som placerats med undersidorna mot varandra. Den är tjockare vid kanterna än på mitten. Denna lins sprider de ljusstrålar som passerar genom den. Konkava linser används oftast i kombination med konvexa linser, och deras förmåga att sprida ljusstrålarna har utnyttjats för att öka ögats synförmåga.

Glaslinser har sina nackdelar

Som du kanske har lagt märke till har linser inte så stora likheter med fönsterrutor, eftersom de i allmänhet görs av specialglas och formas mycket noggrant med exakta vinklar och bågar enligt komplicerade formler, som används av optiker. När de används i optiska instrument är de i allmänhet mycket tunnare än läslinser som man håller i handen.

Det finns flera problem i samband med enkla linser, av vilka de vanligaste är sfärisk och kromatisk aberration. Om du tittar närmare på en bild som projicerats på en skärm med hjälp av en enkel lins, kommer du att lägga märke till vad som kallas sfärisk aberration. Detta är en förvanskning av bilden, som uppträder på grund av att ljusstrålarna från föremålet passerar genom linsen i något olika vinklar och till följd av detta inte bryts samman i exakt samma punkt. Denna nackdel finns inte hos ögat och inte heller den bristande skärpa i linsens utkanter som uppträder hos linser som tillverkats av människan.

Vi behöver inte heller dras med kromatisk aberration. När ”vitt ljus” bryts tillräckligt, delas det upp i spektrums sju färger (rött, orange, gult, grönt, blått, indigo och violett), vilka alla bryts i något olika vinklar, så att de samlas den ena framför den andra med violett först och rött sist. Detta gör att det bildas en regnbåge som ram omkring bilden, vilket kallas kromatisk aberration.

Även om det är omöjligt att korrigera alla kända avvikelser hos konstgjorda linser, så kan de maskeras effektivt genom kombination av flera precisionslinser. De kan fogas samman med kanadabalsam, ett harts från den nordamerikanska balsamgranen. Somliga linser är ytbehandlade för att förhindra uppkomsten av reflexer.

Sammansatta system används också i teleskop, kikare och mikroskop. Man använder då metoden med en konvex objektivlins, som kastar en bild i tuben på mikroskopet eller teleskopet. Denna bild framträder inte på någon skärm utan faller inom okularets brännvidd. Bilden betraktas sedan genom okularet, så att man får en förstoring av det föremål man betraktar.

Att bilden blir upp och nedvänd har ingen större betydelse i ett mikroskop. (Objektglaset som betraktas kan vändas upp och ned först.) Men ingen sjökapten skulle vara nöjd med sin kikare eller sitt teleskop, om hamnen han snart skall lägga till vid blir upp och nedvänd. Av den orsaken placerar man ett korrigerande system av linser eller prismor mellan objektivlinsen och okularet för att råda bot på det problemet.

Linstillverkning som företas av förnuftsbegåvade människor inbegriper grundlig kunskap i optik och matematiska ljusbrytningsformler och sedan tålmodig skicklighet, som lärts och samlats under många års träning av en annan som uppnått skicklighet i denna konst. Låt oss, eftersom det förhåller sig så, använda Isaac Newtons ord, när vi uttalar oss om livets uppkomst: ”Genom vilket slags resonemang kommer somliga människor fram till den orimliga slutsatsen” att de komplicerade underverken i naturen har kommit till utan en intelligent Skapare?

Ögats överlägsna lins

När du betraktar det ”svarta hålet” i ögat, tittar du i själva verket genom linsen in i ögonglobens mörka innandöme. Den lilla linsen hålls på plats bakom den färgade regnbågshinnan av ciliarmuskeln och följer samma principer för ljusbrytning som människan har utnyttjat i konstgjorda linser. Hjärnan överför nervimpulser från näthinnan till rörliga, tredimensionella bilder i full färg och ger oss på så sätt en intressant rättvänd bild av något som är större än bilden på näthinnan, men alltid i optisk proportion till vår kropp. Detta gäller antingen det är en ärta eller en tallrik, en vas med syrenkvistar eller praktfulla, snötäckta fjäll.

Ögats lins måste ha blivit perfekt utformad, eftersom vi kan se på en karta i knäet det ena ögonblicket och i nästa ögonblick betrakta landskapet och bergen flera kilometer längre bort. Linsen kan ställa in skärpan på ett ögonblick och automatiskt korrigera aberrationer som skulle ha funnits hos konstgjorda linser. Det skulle verkligen vara förvirrande att få en förvrängd bild av omvärlden, som ändrades med varje rörelse på huvudet och med mångfärgade ramar runt varje föremål!

De delar hos ögat som bryter och samlar ljuset, linsen och hornhinnan (sommar buktig och genomskinlig och täcker ögat), kungör sannerligen den vise Skaparens existens. Till och med Charles Darwin erkände det absurda i sin teori om naturligt urval, när han betraktade ögat: ”Jag erkänner öppet att det förefaller i högsta grad orimligt att antaga att ögat med alla dess oefterhärmliga inrättningar för ackomodation, för moderering av ljusstyrkan och för korrektion av den sfäriska och kromatiska aberrationen skulle ha bildats genom naturligt urval.” — The Origin of Species (Om arternas uppkomst), sid. 190.

Glasögonlinsen

Ögats lins är oerhört elastisk och kan böjas, dras ut (eller förlängas) och tryckas ihop. Det är denna förmåga tillsammans med hornhinnans brytande egenskaper som möjliggör snabb och exakt inställning av skärpan utan förvrängning av bilden. Åldrandets process kan emellertid göra att linsen eller den därmed förbundna ciliarmuskeln blir hård, så att skärpeinställningen (som kallas ackomodation) försvåras. Somliga har svårigheter med synskärpan på grund av ögonglobens onormala form. Den kan nämligen vara längre eller kortare än tjugofyra millimeter, vilket är normalt.

Ögonlinsen är i vila, när du betraktar avlägsna föremål, men trycks ihop av ciliarmuskeln och blir tjockare, när skärpan skall ställas in på närbelägna ting. Till följd av detta muskelarbete blir vi trötta i ögonen, när vi utför något arbete nära ögonen eller när vi läser eller skriver.

Om ögongloben är för lång, bryts bilden samman framför näthinnan och blir suddig, vilket kallas närsynthet. Detta kan korrigeras genom att man använder glasögon med konkava linser, som sprider ljuset som kommer in i ögat och hjälper ögats konvexa lins att bryta samman ljusstrålarna precis på näthinnan.

Å andra sidan uppstår översynthet när ögongloben är för kort och bilden faller bakom näthinnan. En konvex glasögonlins som sätts framför ögat bryter samman de inkommande ljusstrålarna, så att de träffar näthinnan på rätt sätt.

Bilden faller också bakom näthinnan när ögats lins förlorar sin ackomodationsförmåga och når ett tillstånd då den inte kan uppnå den starkt buktiga form som är nödvändig för att skärpan skall kunna ställas in på närbelägna föremål. Eftersom detta tillstånd i allmänhet drabbar dem som passerat medelåldern, kallas det presbyopi eller ålderslångsynthet och kräver konvexa sektioner i glasögonen för att korrigera denna svaghet.

Vi bör vara mycket rädda om våra ögon. Peta inte i ögat, om du får smuts i det, eller gnugga det med smutsiga fingrar eller en smutsig näsduk. Någon annan kanske försiktigt kan ta ut det främmande föremålet med en ren näsduk — kanske rent av en läkare, om det skulle bli nödvändigt. Om du läser på kvällen, är ett jämnt upplyst rum mindre ansträngande för ögonen än att läsa under en ensam läslampa.

Linser hos andra skapelser

Om du kunde se genom somliga insekters linser, skulle du finna dem användbara för kvick och rörlig flykt eller för att bedöma hastigheter. Deras ögon består av talrika linser som ger individuella bilder. Den tid det tar för en bild att förflytta sig från det ena segmentet i ögat till det andra används som ett mått på dess hastighet.

Ryggradsdjur har pariga linser. Somliga, till exempel hästen, har ”panoramasyn” och kan se nästan runt om. Andra, däribland människan, ugglor och apor, har ögonen mera framåtriktade, så att de båda ögonens bilder övertäcker varandra. Ögonen hos fåglar har mycket märkliga linser, som ger upphov åt teleskopiska och mikroskopiska effekter. Detta gör att de får den skarpaste synen av alla skapelser. Örnar, gamar och andra rovfåglar kan se små föremål på häpnadsväckande avstånd.

Många tillämpningar i naturen av principerna för brytning och andra optiska lagar har fått människan att häpna över deras användning och göra bruk av dem till nytta för sig själv, i det att hon använt sin intelligens till att lära av Skaparens händers verk.

[Diagram på sidan 12]

(För formaterad text, se publikationen)

Närsynthet korrigeras med hjälp av konkava linser, som hjälper ögats lins att bryta samman strålarna på näthinnan

Det närsynta ögat: ögongloben är för lång, och bilden bryts samman framför näthinnan