Номер 5.38, страница 32 - гдз по физике 9 класс задачник Артеменков, Ломаченков

V. Геометрическая оптика - номер 5.38, страница 32.

Условие.

5.38 Обоснуйте невозможность создания человека или иного другого живого существа — невидимки.

Решение.

Решение

Невозможность создания невидимого живого существа, в частности человека, обусловлена фундаментальными законами физики (оптики) и биологии. Чтобы объект был невидимым, он не должен ни поглощать, ни отражать, ни рассеивать свет. Свет должен проходить сквозь него так, как если бы объекта не существовало. Это требует выполнения условий, несовместимых с жизнью и функционированием сложного организма.

1. Прозрачность и показатель преломления
Чтобы быть полностью невидимым в воздухе, тело существа должно быть абсолютно прозрачным и иметь показатель преломления ($n$), равный показателю преломления воздуха ($n_{воздуха} \approx 1,0003$). Однако биологические ткани состоят в основном из воды ($n_{воды} \approx 1,33$), а также из белков, жиров, минеральных солей (в костях) и других органических молекул, чей показатель преломления значительно отличается от единицы. Именно на границе сред с разным показателем преломления свет отражается и преломляется, что и делает объекты видимыми. Создать сложный многоклеточный организм, все компоненты которого имели бы показатель преломления, равный единице, биологически невозможно.

2. Парадокс зрения
Это самый главный и непреодолимый аргумент. Процесс зрения основан на взаимодействии света со структурами глаза. Свет, попадая в глаз, преломляется роговицей и хрусталиком, чтобы сфокусироваться на сетчатке. Сетчатка содержит светочувствительные клетки (палочки и колбочки), которые поглощают фотоны света и преобразуют их энергию в нервный импульс, который затем обрабатывается мозгом.

Если бы живое существо было невидимым, это означало бы, что свет проходит сквозь него без поглощения и преломления. Следовательно, его глаза также должны были бы быть полностью прозрачными и неспособными взаимодействовать со светом.

• Хрусталик, имеющий тот же показатель преломления, что и воздух, не смог бы преломлять и фокусировать световые лучи.
• Сетчатка, не поглощающая свет, не смогла бы зарегистрировать изображение.

Таким образом, невидимое существо было бы абсолютно слепым. Оно не смогло бы видеть окружающий мир, так как его органы зрения по определению не могли бы выполнять свою функцию. Чтобы видеть, необходимо быть видимым, по крайней мере, в части органов зрения.

Ответ:

Создание невидимого живого существа невозможно, поскольку для невидимости все его ткани должны полностью пропускать свет, не поглощая и не преломляя его. Однако сам принцип зрения основан на преломлении света хрусталиком и его поглощении сетчаткой глаза. Если бы глаза существа были невидимы, они бы не могли взаимодействовать со светом, а значит, существо было бы слепым. Таким образом, существует фундаментальное физико-биологическое противоречие: чтобы видеть, необходимо быть (хотя бы частично) видимым.