看著藍天時,眼前為什麼會浮現像線頭一樣的影子?
― 你看到的,是眼睛裡的凝膠落在視網膜上的「影子」
抬頭看晴朗的天空時,視野裡飄著一絲絲的線頭或小圈圈。想追著看清楚,它們就會躲開。那東西並不在外面的空中,而是在你的眼睛裡。而且你看到的並不是物體本身,而是它的「影子」。只在明亮的地方才看得清楚,這也有光學上的理由。
秋天晴朗的一天,你在陽台曬衣服時抬頭看天空。這時視野角落忽然飄來一個半透明、像線頭一樣的東西。
想看清楚而轉動視線去追,它卻靈巧地閃到旁邊。停下視線不動,它又慢慢地、稍微延遲一下往下沉。
可是回到房間裡,在稍暗的地方找,卻幾乎看不到了。那東西到底跑到哪裡去了?
理由只有兩個
眼球內部充滿透明的凝膠。凝膠中形成的細小纖維團塊會擋住光線,在眼底的視網膜上投下影子。
在明亮處,瞳孔會縮小。光線的入口越小,影子邊緣就越不模糊,影子也越濃。在暗處,影子則會模糊到消失。
也就是說,那個線頭「一直都在那裡」,但看不看得到取決於亮度。讓我們依序來看看。
眼睛裡的「凝膠」是什麼?
眼球內部大部分是一種叫做玻璃體的透明凝膠。裡面幾乎都是水,其中有細小的纖維像網子一樣撐著,維持形狀。年輕時,這張網很均勻,能讓光線直接穿透。
然而隨著年齡增長,凝膠會逐漸變得水一般稀薄,纖維也會聚集在一起。這些聚集的纖維或小團塊,會稍微擋住光線。近視度數較高的人,據說這種變化較容易在年輕時就發生。
這裡要注意的是,我們並不是直接看到混濁物本身。視網膜無法直接看到自己前方物體的形狀。視網膜接收到的,是混濁物擋住光線後形成的「影子」。
為什麼只有在明亮的地方才看得清楚?
請看圖1。上排是明亮處瞳孔縮小時的情形,下排是暗處瞳孔放大時的情形。從左側瞳孔進入的光線,途中被混濁物擋住,在右側的視網膜上投下影子。
影子會模糊,是因為光線會依瞳孔的寬度,從各種方向射入。在燈的正下方舉起手,影子會很清晰;而在大窗戶的光線下,影子則會模糊。眼睛裡也發生著同樣的事。
在明亮的天空下,瞳孔會縮小到約2mm。這樣影子的模糊範圍就小,即使是細細的線頭也會形成濃影。而且藍天或白牆整片亮度均勻,影子就格外顯眼。在暗房間裡,瞳孔會張大到約6mm,同一個混濁物的影子會模糊擴大3倍,融入背景之中。
為什麼追著看它就會躲開?
影子會出現在視網膜上固定的位置。所以當你轉動視線去看,視網膜連同影子會一起移動。就算想把想看的位置移到正中央,每次移動視線,影子也會跟著移動同樣的量。
此外,混濁物是漂浮在凝膠中的。即使突然停止轉動眼睛,裡面的凝膠還會稍微延遲一下、持續晃動。停下視線之後線頭會輕飄飄地流動、慢慢下沉,就是這個原因。
茫然地看著藍天時,有時會看到小小的光點快速蜿蜒地到處移動。這與線頭是不同的現象,被認為是視網膜細小血管中流動的白血球。容易讓藍光通過的白血球通道,會在一瞬間顯得明亮。這些光點的移動速度會隨脈搏加快,也被認為是這個說法的證據。
從以前就有的少量線頭,大多不需要擔心。但是,如果數量突然增加、像煤灰一樣的黑點一次大量出現、暗處出現像閃電般的閃光、視野邊緣像被拉上窗簾一樣越來越看不清楚——這些變化,可能是視網膜出現破洞,或視網膜開始剝離的訊號。治療得越早,越容易保住視力,所以請不要觀察等待,儘快就診眼科。
總結
眼前飄動的線頭,是眼睛裡凝膠中形成的混濁物,落在視網膜上的影子。在明亮處,瞳孔會縮小,影子邊緣不模糊,所以看得清楚。在暗處,瞳孔張大,影子模糊,就看不到了。
那個線頭,其實一直都在你的眼睛裡。
決定看不看得到的,是瞳孔的大小。
在暗處瞳孔會張大到什麼程度,可以參考〈從明亮處走進暗房間,為什麼會暫時什麼都看不見?〉;在水中眼睛為什麼會對不上焦,可以參考〈在游泳池睜開眼睛會模糊,魚為什麼卻看得很清楚?〉。
- 用牙籤在厚紙或名片上戳一個直徑約1mm的小孔。
- 把小孔貼近眼前,對著明亮發光的白牆,或晴天遠離太陽的天空部分觀看。
- 因為小孔比平常的瞳孔更小,線頭或圈圈狀的影子應該會比平常看得更清楚。轉動視線一次後停下來,還能看到影子緩緩流動的樣子。
※絕對不要直視太陽本身。觀看小孔時,也請對著遠離太陽的天空方向。
想知道更多 ― 用語、公式與教科書的連結從國中理科到大學專業科目,明確標示這是哪個程度的內容
- 國中國中理科課程範圍
- 高中高中「物理」「生物」課程範圍
- 高中+高中進階內容,或教科書專欄性質的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專業科目(眼光學・眼科學)的內容
- 研究連大學也還沒當作「定論」教授、研究者目前正在調查中的內容
國中用語:這個現象是有名字的
- 飛蚊症:眼前看起來像有蚊子或線頭飛動的狀態的名稱。多數是隨年齡而來的自然變化。
- 玻璃體:填滿眼球內部的透明凝膠。幾乎都是水,由細小纖維支撐形狀。
- 本影與半影:光完全照不到的影子核心叫本影,只有部分光照到、邊緣模糊的部分叫半影。
國中高中用公式確認:影子的邊緣會模糊多少?
從瞳孔邊緣上下兩端射出的光,擦過混濁物邊緣抵達視網膜。從這兩條線構成的三角形相似關係,可以算出影子邊緣的模糊寬度。
| 用符號寫 | w = D × d ÷ L |
| 用文字寫 | 影子模糊寬度 = 瞳孔直徑 ×(混濁物到視網膜的距離 ÷ 瞳孔到視網膜的距離) |
| 這個公式從何而來 | 因為光是直線前進的,從瞳孔邊緣射出、經過混濁物邊緣的光線,會形成以瞳孔為底邊的三角形,以及以模糊寬度為底邊的三角形。這個公式就是由這兩個三角形相似而來。 |
| w | 視網膜上影子的模糊寬度(半影寬度)。單位為 mm |
| D | 瞳孔直徑。單位為 mm |
| d | 混濁物到視網膜的距離。單位為 mm |
| L | 瞳孔到視網膜的距離。單位為 mm |
| 瞳孔到視網膜的距離 L | 約20mm |
| 明亮處的瞳孔直徑 D | 約2mm |
| 暗處的瞳孔直徑 D | 約6mm |
| 混濁物到視網膜的距離 d(舉例) | 2mm |
| 線頭狀混濁物的粗細(舉例) | 0.2mm |
| 明亮處:瞳孔直徑 × 混濁物距離 | 2 × 2 = 4 |
| 明亮處的模糊寬度(mm) | 4 ÷ 20 = 0.2 |
| 暗處:瞳孔直徑 × 混濁物距離 | 6 × 2 = 12 |
| 暗處的模糊寬度(mm) | 12 ÷ 20 = 0.6 |
| 暗處的模糊是明亮處的幾倍 | 0.6 ÷ 0.2 = 3 |
| 用1mm小孔觀看:小孔直徑 × 混濁物距離 | 1 × 2 = 2 |
| 用1mm小孔觀看時的模糊寬度(mm) | 2 ÷ 20 = 0.1 |
在明亮處,模糊寬度會收在與線頭粗細差不多的範圍內,影子會留下濃密的核心。在暗處,模糊寬度會擴大到線頭粗細的3倍。影子的濃度被稀釋到很大的範圍,幾乎與背景分不清楚。若把瞳孔換成1mm的小孔,模糊寬度會縮小到0.1mm,影子會變得更清晰。從這個公式也可以看出,混濁物越靠近視網膜(d 越小),就看得越清楚。
高中高中+光的直線前進,與眼睛裡「自己的影子」
高中影子的核心與模糊,光靠光的直線前進就能說明。這與日食時月亮的影子形成本影與半影,是同樣的幾何原理。相當於光源的是「瞳孔」,遮擋物是「混濁物」,投影的幕是「視網膜」。
高中+眼睛內部結構出現在自己視野中的現象,統稱為內視現象。除了線頭狀的影子,視網膜血管的影子、白血球的流動,也屬於內視現象的一種。視網膜血管的影子平常看不到,被認為是因為影子一直在同一個位置,大腦已經把它消除、不再顯示出來。
大學後玻璃體剝離,與眼光學角度看的影子
隨著年齡增長,玻璃體的凝膠會液化,纖維會聚集。最終玻璃體後側會從視網膜剝離,發生後玻璃體剝離,多見於50~60多歲。這時,與視網膜緊密黏連的部分被拉扯,可能產生視網膜裂孔,若放著不管,裂孔可能發展成視網膜剝離。飛蚊症突然增多時被建議接受眼底檢查,正是這個原因。在眼光學中,會用平均尺寸建立的模型眼,把瞳孔當作開口、混濁物當作遮擋物,來處理影子的本影與半影。
📖 公式推導與更深入的內容:飛蚊症(維基百科) / 本影與半影(維基百科)
研究目前還不清楚的事
- 為什麼有些人在意,有些人不在意。 即使混濁程度差不多,有人會非常困擾,有人卻很快就適應。這被認為是大腦能否把影子當作「可以忽略的資訊」來處理的差異,但其機制目前仍在調查中。
- 用雷射打碎混濁物的治療效果。 有一種用雷射照射混濁物使其變小的方法,但對哪些人有多大效果,目前評價仍不一致。
- 凝膠液化的誘因。 已知與年齡及高度近視有關,但纖維網為什麼會開始崩解,分子層次上的順序尚未完全清楚。
也就是說,本文的內容也是「目前已知範圍內的說明」。影子的幾何原理已經很清楚,但大腦如何處理這些影子,仍留有謎團。
與教科書的連結(依程度分類)
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文哪個部分 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科「光的性質」「眼睛的構造」 | 光的直線前進、瞳孔與視網膜的功能 |
| 高中 | 物理「光的直線前進」、數學「相似」 | 影子模糊寬度的公式 |
| 高中+ | 生物「感受器與神經」的進階內容 | 內視現象、消失的血管影子 |
| 大學 | 眼光學・眼科學 | 後玻璃體剝離、視網膜裂孔、模型眼 |
| 研究 | 視覺神經科學・視網膜玻璃體研究 | 適應的個人差異、治療效果評估 |
| ― | 與生活的連結 | 突然增多時該就醫的判斷 |
- 維基百科「飛蚊症」(日文)
- 維基百科「網膜剥離」(日文,視網膜剝離)
- 維基百科「本影」(日文)
- 日本眼科學會(日本眼科学会)「眼睛的疾病:飛蚊症」(一般民眾解說)
- Sebag, J. (ed.) "Vitreous: in Health and Disease", Springer
※本文為大眾科普解說。文中列出的數值,僅為理解原理用的參考估算值。若視覺變化令你擔心,請勿自行判斷,應接受眼科醫師診察。