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Le cerveau redresse-t-il l’image inversée de la rétine ?

avril 12, 2008

Après avoir fait remarquer que l’image formé par notre œil sur la rétine est renversée, on entend souvent dire « mais heureusement notre cerveau retourne l’image sinon on verrait tout à l’envers».

Cette idée reçue est révélatrice d’une certaine vision du monde, une vision fortement basée sur des conventions et des repères absolus artificiels.

Pour comprendre pourquoi notre cerveau n’a pas à faire d’effort pour retourner l’image inversée de la rétine nul besoin d’invoquer la biologie, il suffit de comprendre que cette idée n’a pas de sens.

L’image du monde que l’on observe avec nos yeux n’est pas le monde lui-même mais l’image que l’œil produit sur la rétine. Dire que l’image est à l’envers et que cela pose problème au cerveau revient à dire que le cerveau est comme un petit homme observant l’image de la rétine sur un écran de cinéma.

En fait le cerveau n’est qu’une sorte de boite noir qui reçois des informations et les traitent de façon relatives, il cherche à donner de la cohérences entres ces différents signaux mais il ne peut en aucun cas donner une orientation absolu à ces informations.

On pourrait rétorquer le fait suivant : si, par un système optique, on inverse l’image formé sur la rétine (c’est-à-dire que pour le coup elle serait orienté « correctement » par rapport à l’espace « réel »), la personne verrait effectivement l’image à l’envers et serait complètement désorienté. N’est-ce pas là la preuve que le cerveau est sensible à l’orientation de l’image ?…

Que le cerveau soit sensible à l’orientation de l’image est une chose qu’il soit sensible à l’orientation absolu (par rapport au monde extérieur) en ai une autre, inversion de l’image par le système optique crée un problème interne, entre le « câblage » du sens de la vue est le « câblage » des autres sens. C’est un conflit interne qui n’a rien à voir avec un conflit lié à l’extérieur.

Le cerveau ne fait donc pas d’effort particulier pour redresser l’image inversée de la rétine, il se contente de prendre l’information qu’il « câble » de façon cohérente avec les autres sens. Si les lois d’optique avaient été différentes l’orientation de l’image aurait été autre et le cablage aurait trouvé sa cohérence spécifique, une cohérence ni plus ni moins compliqué et ni plus ni moins problématique que pour les autres orientations possibles.

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Le regard est-il au centre de l’univers ?

février 18, 2008

Quelle est la longueur caractéristique central de l’univers ?

La plus petite échelle possible est la longueur de Planck : lp=1.6.10-35 m

La plus grande échelle possible est la distance de l’horizon visible de l’univers qu’on évalue à L=1.1026 m (12 milliard d’a.l)

L’échelle centrale correspond à une longueur égale à exp((log(lp)+log(L))/2) se qui donne 45\mum.

Cette longueur n’est pas inhumaine, elle est même assez familière, car assez proche des dimensions d’une cellules biologique type. Sachant que l’amplitude entre la plus petite longueur et la plus grande est de 1061, la coïncidence est remarquable.

Mais on peut remarquer aussi et surtout que cette longueur est du même ordre de grandeur que le plus petit détail perceptible par l’œil humain. Pour un œil humain normal le punctum proximum (distance minimal de perception nette) est typiquement de 15 cm pour un jeune adulte et sa résolution type est d’environs une minute d’arc (3.10-4 rad) on trouve alors une longueur minimal de 15.10-2 X 3.10-4 = 43\mum.

Ainsi l’œil humain, ou plutôt son regard, se trouve exactement au centre de l’univers.

Le Sténopé télescopique

février 2, 2008

ou comment faire d’un petit trou un télescope ?

« Le sténopé est un dispositif optique simplissime permettant d’obtenir un appareil photographique dérivé de la camera obscura. Il s’agit d’un simple trou, de très faible diamètre. Par extension on appelle ainsi l’appareil photographique utilisant un tel dispositif. » (wikipédia)

Un sténopé peu théoriquement donner des images de n’importe quel résolution, pour peu qu’on utilise une chambre noire de taille suffisante. En réalité à partir d’une certaine dimension l’image est si grande que toute la lumière pénétrant par le petit trou est trop dilué pour être visible à l’œil nu.

La question que je me pose ici est de savoir si un sténopé peut former une image dont la résolution serait supérieure à la résolution de l’œil humain, autrement dit était-il possible de construire un télescope avant l’invention de l’optique ? Si oui, le seul objet astronomique suffisamment lumineux pouvant faire l’objet d’une telle observation est le soleil.

Voyons ce que donne le calcul de la résolution angulaire d’un sténopé :

{\delta}=\frac{1.2\lambda}{d}+\frac{d}{2D}

avec d la résolution angulaire du sténopé

l la longueur d’onde de la lumière (550nm)

d : le diamètre du trous de l’entrée

D : distance du trou au plan image

Le terme de gauche représente la tache de diffraction, le terme de droite la tache géométrique (simple projection du trou sur le plan image).

Pour avoir une image de résolution d, la valeur optimale de d et D est déterminée par l’égalité des deux termes, on trouve alors :

{D}=\frac{2.4\lambda}{\delta^2}

{d}=\frac{2.4\lambda}{\delta}

Ainsi pour avoir un télescope de résolution égale à l’œil humain (d=3.10-4 rad) il faut :

D=14.7m

d=4mm

L’image du soleil aurait alors un diamètre de D*tan(0.5°)= 12.8 cm.

c’est à peut-près le cas du « sténopé » de la Cathédrale St Pierre de Bologne, dont le trou est situé à plus de 30m (cela servait de marque midi), par contre j’ignore le diamètre du trou. notons que si ce diamètre était de l’ordre de 5mm, les hommes de l’époque auraient pu observer des tache solaires avant Galilée…

DSCN1388

La luminosité de l’image observé est 2*(d/D)2=1.48e-7 soit 6.7 millions de fois plus faible qu’à l’œil nu, soit une perte de +17.07 magnitudes, le soleil ayant une magnitude de -26.8, son image n’a alors plus qu’une magnitude de -26.8+17.07=-9.73. Sachant que la pleine lune à une magnitude de -12.7, on constate que l’image du soleil ainsi formé est moins brillante que la pleine lune. Chaque élément de résolution reçois une quantité de lumière équivalente à une étoile de magnitude de -9.73+7=-2.73.

Ce petit calcul montre que l’on peut encore augmenter la résolution de l’image du soleil, la limite absolue étant atteinte lorsque la quantité de lumière perçue par élément de résolution atteint 6, se qui laisse encore une marge de 8.73 magnitude soit un rapport de 3100. La réponse à ma question est donc oui, mais de combien est-il encore possible de grossir l’image ?

La luminosité de l’image (pour un observateur et par secteur de résolution) est proportionnelle au carré de la résolution. Ainsi la marge de luminosité de 3100 qui nous reste pour augmenter le grossissement de l’image nous permet un grossissement G de (3100)1/2=55.7x, ce qui correspond exactement au grossissement maximal toléré par la turbulence atmosphérique (la résolution angulaire toléré par la turbulence atmosphérique est de l’ordre de la seconde d’arc). Notons que l’observateur devra se situer à D/G de l’écran de projection.

Bien sûr il y a le problème de l’encombrement, car un sténopé télescopique capable de grossir 56 fois l’image du soleil aurait des dimensions…astronomique : D=45.6km, d=223mm, l’image du soleil ferait 397m de diamètre….

En réalité c’est là une limite absolu pour l’œil qui n’offre guère de contraste, pour avoir un minimum de contraste l’image doit être plus lumineuse (ou utiliser un film photographique ou un CCD), un grossissement de 6x devrait donner une image raisonnablement contrasté pour l’œil nu (S/B=100). On aurait alors d=24mm, D=960m et un diamètre du disque solaire de 8.4m (l’observateur devra alors se trouver à 160m de l’écran de projection).

Il ne reste plus qu’à trouver un lieu pour réaliser ce télescope primitif…

En attendant, une équipe c’est déjà amusé à réaliser un sténopé géant à l’aide d’un hangar pour photographier un paysage.