मानव नेत्र तथा रंगबिरंगा संसार

यह क्यों ज़रूरी है

पिछले अध्याय में आपने सीखा कि उत्तल लेंस प्रकाश को मोड़कर प्रतिबिंब कैसे बनाता है। अब मिलिए उस सबसे अनोखे लेंस से जो आप कभी इस्तेमाल करेंगे — आपकी अपनी आँख के अंदर वाला। ये हाथ में पकड़ी किताब पर फोकस करता है और फिर पल भर में किलोमीटर दूर की पहाड़ी पर — और वो भी आपके कुछ किए बिना। कोई कैमरा इसकी बराबरी नहीं कर सकता।

पर जो अध्याय बताता है कि आप देखते कैसे हैं, वही उन सबसे ख़ूबसूरत चीज़ों को भी समझाता है जो आप देखते हैं: आसमान नीला क्यों है, सूर्यास्त नारंगी-लाल क्यों दहकता है, बारिश के बाद इंद्रधनुष क्यों बनता है, तारे क्यों टिमटिमाते हैं पर ग्रह नहीं, और सूरज असल में निकलने से दो मिनट पहले ही क्यों दिख जाता है।

और व्यावहारिक तरफ़ — इसी अध्याय की वजह से चश्मे होते हैं। एक बार आप समझ जाएँ कि आँख निकट-दृष्टि या दूर-दृष्टि दोष की शिकार क्यों होती है, तो उसे ठीक करने वाला लेंस चुनना बस उन्हीं लेंस नियमों का इस्तेमाल है जो आप पहले से जानते हैं।

मुख्य विचार

आँख एक खुद को समायोजित करता उत्तल लेंस है जो प्रकाश को रेटिना पर फोकस करता है। जब वो ठीक से फोकस न कर पाए, तो एक सुधारक लेंस उसे ठीक करता है: निकट-दृष्टि दोष के लिए अवतल लेंस (दूर नहीं दिखता), दूर-दृष्टि दोष के लिए उत्तल लेंस (पास नहीं दिखता)। और आसमान के रंग प्रकाश के वायुमंडल से क्रिया करने से आते हैं — वर्ण-विक्षेपण (बँटना), अपवर्तन (मुड़ना) और प्रकीर्णन (फैलना)।

इस अध्याय में दो धागे चलते हैं। पहला, आँख और उसके दोष पूरी तरह लेंस-और-प्रतिबिंब वाली सोच हैं — रेटिना पर प्रतिबिंब = ठीक, आगे या पीछे प्रतिबिंब = ठीक करने वाला दोष। दूसरा, आसमान की हर रंगीन घटना प्रकाश का हवा और पानी से मुड़ना या फैलना है — वही अपवर्तन की भौतिकी, अब ग्रह के पैमाने पर।

आइए इसे समझें

आँख कैसे देखती है

आँख में घुसता प्रकाश प्रतिबिंब बनाने से पहले कई भागों से गुज़रता है:

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• कॉर्निया — आगे का पारदर्शी उभार; प्रकाश का ज़्यादातर मुड़ना यहीं होता है।
• आइरिस — रंगीन छल्ला; एक पेशी जो पुतली को नियंत्रित करती है।
• पुतली — वो छिद्र जो प्रकाश को अंदर आने देता है; मंद रोशनी में चौड़ी, तेज़ रोशनी में सिकुड़ती है।
• क्रिस्टलीय लेंस — एक लचीला उत्तल लेंस जो फोकस को बारीकी से साधता है।
• रेटिना — पीछे की प्रकाश-संवेदी परदा, उन कोशिकाओं से भरी जो प्रकाश को विद्युत संकेतों में बदलती हैं।
• दृष्टि तंत्रिका — वो संकेत मस्तिष्क तक ले जाती है।

रेटिना पर बना प्रतिबिंब वास्तविक और उल्टा होता है — आपका मस्तिष्क उसे सीधा कर लेता है।

समंजन क्षमता

आँख की महाशक्ति है समंजन — अपने लेंस की फोकस दूरी बदलकर अलग-अलग दूरी की वस्तुओं को फोकस में रखने की क्षमता।

• दूर की चीज़ देखते वक़्त: सिलियरी पेशियाँ ढीली, लेंस पतला, फोकस दूरी बढ़ती है।
• पास की चीज़ देखते वक़्त: सिलियरी पेशियाँ सिकुड़ती हैं, लेंस मोटा, फोकस दूरी घटती है।

पर लेंस हमेशा मोटा नहीं हो सकता। सबसे पास का बिंदु जिसे वो आराम से फोकस कर सकता है, वो निकट बिंदु है (सामान्य युवा आँख के लिए करीब 25 cm) — इसे स्पष्ट दृष्टि की न्यूनतम दूरी भी कहते हैं। सबसे दूर का है दूर बिंदु (सामान्य आँख के लिए अनंत)। तो सामान्य आँख 25 cm से लेकर अनंत तक साफ़ देखती है।

दृष्टि दोष और उनका सुधार

जब समंजन विफल हो जाता है, तो प्रतिबिंब ग़लत जगह बनता है। तीन आम दोष हैं:

दोष	समस्या	प्रतिबिंब बनता है	सुधार
निकट-दृष्टि (myopia)	दूर की चीज़ें नहीं दिखतीं	रेटिना के आगे	अवतल लेंस
दूर-दृष्टि (hypermetropia)	पास की चीज़ें नहीं दिखतीं	रेटिना के पीछे	उत्तल लेंस
जरा-दूरदृष्टिता (presbyopia)	पास नहीं दिखता; कमज़ोर समंजन	रेटिना के पीछे (पास की वस्तु)	उत्तल / द्विफोकसी लेंस

• निकट-दृष्टि (myopia) — नेत्रगोलक बहुत लंबा या लेंस बहुत घुमावदार, तो दूर की किरणें रेटिना से पहले फोकस होती हैं। एक अवतल (अपसारी) लेंस किरणों को थोड़ा फैलाकर रेटिना तक पहुँचाता है।
• दूर-दृष्टि (hypermetropia) — नेत्रगोलक बहुत छोटा या लेंस बहुत कमज़ोर, तो पास की किरणें रेटिना के पीछे फोकस होंगी। एक उत्तल (अभिसारी) लेंस अतिरिक्त फोकस-शक्ति जोड़ता है।
• जरा-दूरदृष्टिता (presbyopia) — उम्र के साथ आती है क्योंकि सिलियरी पेशियाँ कमज़ोर हो जाती हैं; निकट बिंदु दूर खिसक जाता है। जिसे myopia और presbyopia दोनों हों, वो द्विफोकसी लेंस इस्तेमाल करता है (दूर के लिए ऊपर अवतल, पढ़ने के लिए नीचे उत्तल)।

प्रिज़्म से अपवर्तन और वर्ण-विक्षेपण

काँच का स्लैब प्रकाश को पहले अंदर फिर वापस बाहर मोड़ता है, तो निर्गत किरण मूल के समानांतर रहती है। प्रिज़्म अलग है: इसकी दोनों सतहें एक-दूसरे की ओर झुकी होती हैं, तो किरण दोनों सतहों पर एक ही तरफ़ मुड़ती है और एक विचलन कोण से विचलित होकर निकलती है।

जादू ये है कि मुड़ने की मात्रा रंग पर निर्भर करती है। जब श्वेत प्रकाश प्रिज़्म में घुसता है, तो हर रंग थोड़ा अलग मात्रा में मुड़ता है — बैंगनी सबसे ज़्यादा, लाल सबसे कम — तो श्वेत प्रकाश सात रंगों की पट्टी में फैल जाता है: VIBGYOR (बैंगनी, जामुनी, नीला, हरा, पीला, नारंगी, लाल)। इस बँटने को वर्ण-विक्षेपण कहते हैं, और इस पट्टी को स्पेक्ट्रम।

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न्यूटन ने साबित किया कि श्वेत प्रकाश सचमुच एक मिश्रण है: उन्होंने इसे एक प्रिज़्म से बाँटा, फिर एक दूसरे उल्टे प्रिज़्म से रंगों को फिर से जोड़कर श्वेत प्रकाश बना दिया।

इंद्रधनुष प्रकृति का प्रिज़्म-तमाशा है: छोटी-छोटी पानी की बूँदें सूर्य के प्रकाश को अपवर्तित, आंतरिक रूप से परावर्तित, और फिर अपवर्तित करके रंगों में बाँटती हैं। इसीलिए इंद्रधनुष हमेशा सूरज के उल्टी तरफ़ बनता है (सूरज आपके पीछे होता है)।

वायुमंडलीय अपवर्तन

हवा एक-सी नहीं होती — इसमें अलग-अलग घनत्व (और इसलिए अलग अपवर्तनांक) की परतें होती हैं। प्रकाश इनसे गुज़रते वक़्त मुड़ता है, जिससे कई असर होते हैं:

• तारों का टिमटिमाना। तारे का प्रकाश हर पल बदलते वायुमंडल से लगातार मुड़ता है। तारा इतनी दूर है कि बिंदु-स्रोत है, तो ये छोटे-छोटे बदलाव उसकी रोशनी को टिमटिमाते हैं — कभी तेज़, कभी मंद। ग्रह टिमटिमाते नहीं क्योंकि वो पास हैं और छोटी तश्तरी जैसे दिखते हैं (कई बिंदु); उन सबके टिमटिमाहट औसत में रद्द हो जाते हैं।
• सूर्योदय पहले और सूर्यास्त देर से दिखना। अपवर्तन सूरज के प्रकाश को क्षितिज के ऊपर मोड़ देता है, तो हमें सूरज असल में निकलने से करीब 2 मिनट पहले और डूबने के 2 मिनट बाद तक दिखता है।

प्रकीर्णन — आसमान नीला और सूर्यास्त लाल क्यों

जब प्रकाश बहुत छोटे कणों (हवा के अणुओं) से टकराता है, तो वो प्रकीर्णित हो जाता है — चारों दिशाओं में बिखर जाता है। कितना, ये रंग पर निर्भर है: छोटी तरंगदैर्ध्य (नीला) कहीं ज़्यादा प्रकीर्णित होती है बनिस्बत लंबी (लाल) के।

• नीला आसमान: हवा से गुज़रते सूर्य के प्रकाश का नीला हिस्सा पूरे आसमान में बिखर जाता है, तो पूरा आसमान नीला चमकता है। (वायुमंडल नहीं → प्रकीर्णन नहीं → काला आसमान, इसीलिए अंतरिक्ष यात्रियों को दिन में भी आसमान काला दिखता है।)
• लाल सूर्योदय/सूर्यास्त: क्षितिज के पास सूरज का प्रकाश कहीं ज़्यादा हवा से गुज़रता है। आप तक पहुँचने से बहुत पहले लगभग सारा नीला बिखर जाता है, और ज़्यादातर लाल और नारंगी ही आ पाता है।
• ख़तरे के संकेत लाल होते हैं क्योंकि लाल सबसे कम प्रकीर्णित होता है और कोहरे-धुएँ के आर-पार सबसे दूर तक बिना खोए जाता है।

आम ग़लतियाँ

झटपट जाँच

अभ्यास के सवाल

सारांश

• आँख प्रकाश को कॉर्निया और एक लचीले लेंस से फोकस करके रेटिना पर एक वास्तविक, उल्टा प्रतिबिंब बनाती है; दृष्टि तंत्रिका संकेत मस्तिष्क तक ले जाती है।
• समंजन आँख की फोकस दूरी बदलने की क्षमता है। सामान्य आँख के लिए निकट बिंदु ~25 cm और दूर बिंदु अनंत है।
• निकट-दृष्टि (प्रतिबिंब रेटिना के आगे) → अवतल लेंस; दूर-दृष्टि (प्रतिबिंब रेटिना के पीछे) → उत्तल लेंस; जरा-दूरदृष्टिता (उम्र) → उत्तल/द्विफोकसी लेंस।
• प्रिज़्म प्रकाश को विचलित करता है और श्वेत प्रकाश को स्पेक्ट्रम VIBGYOR में विक्षेपित करता है (बैंगनी सबसे ज़्यादा, लाल सबसे कम मुड़ता है)। इंद्रधनुष बूँदों में विक्षेपण + आंतरिक परावर्तन है।
• वायुमंडलीय अपवर्तन से तारे टिमटिमाते हैं (ग्रह नहीं) और सूर्योदय पहले / सूर्यास्त देर से दिखता है।
• प्रकीर्णन से आसमान नीला (नीला सबसे ज़्यादा बिखरता है) और सूर्यास्त लाल (नीला बिखर जाता है, लाल बच जाता है) होता है। वायुमंडल नहीं → काला आसमान।

आगे क्या?

अब आपका प्रकाशिकी का सिलसिला पूरा हुआ — प्रकाश का मुड़ना, फोकस होना, बँटना और बिखरना। अगले अध्याय एक बिलकुल अलग बल की ओर मुड़ते हैं जो चुपचाप आपके इर्द-गिर्द लगभग हर चीज़ को चलाता है: विद्युत। अध्याय 11: विद्युत में आप सीखेंगे कि विद्युत धारा असल में क्या है, वोल्टेज उसे कैसे धकेलता है, प्रतिरोध उसे कैसे रोकता है, और ओम का नियम — वो आसान रिश्ता जिससे आप किसी भी परिपथ में धारा, वोल्टेज और ऊष्मा-शक्ति निकाल सकते हैं, टॉर्च के बल्ब से लेकर घर की वायरिंग तक।