话说,前阵子我跟几个老哥们一块儿吃饭,也不知道怎么的,就聊到了眼睛能看多远这个事儿。有个兄弟突然就来了一句:“要是拿个望远镜,一千米开外一个人,能看清他长啥样吗?就是那种,能不能认出是他?”
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当时我就愣了一下,脑子里第一反应就是:“那还用说嘛倍数够大不就得了?”大家也都跟着起哄,说二十倍三十倍肯定够用了,甚至有人开玩笑说得一百倍,跟拍月亮似的。可您也知道,就是喜欢钻牛角尖,这事儿越听越觉得不对劲。光说倍数,它到底得是个啥数?而且真有那么简单吗?
吃完饭回家,这事儿就在我脑子里盘着,跟个蚊子似的嗡嗡响。我这个人,一旦较上劲儿,不搞明白就浑身不舒服。第二天一早,我就开始琢磨起这事儿了。
先搞明白,“看清人脸”到底是个啥意思
琢磨这事儿,可不能瞎想。得给“看清人脸”一个标准。不是说看到个人影儿晃悠就行,那谁都看得见。我的目标是,要能辨认出这是谁的脸,起码得能看清楚眼睛、鼻子、嘴巴这些关键特征?这些特征,说白了,就是一些小细节,得能区分开来。
咱们人眼,它是有自己极限的。您看那些视力表,1.0的视力,大概就是能分辨出1角分(也就是1度角的六十分之一)那么小的两个点。这1角分是个什么概念?您要是在一米远的地方,能看到0.3毫米左右的两个点是分开的,那就差不多是这个感觉。这是我们眼睛能分辨的最小角度了,再小点儿,就糊成一团了。
再算算,一千米外的人脸细节有多小
现在咱们把一个人脸上的细节具象化一下。比如最能体现个人特征的,眼睛跟眼睛之间的距离,或者嘴巴的宽度。一个成年人,眼睛瞳距,宽点儿算6到7厘米;鼻头宽度也就3到4厘米。为了好计算,咱们就拿个比较容易辨认的,比如两个眼睛的距离,算个6厘米。
把这6厘米长的东西,放到1000米(也就是100000厘米)那么远的地方,它在咱们眼睛里到底占多大个角度?
我当时是拿纸笔划拉,用了一个简单的数学方法。大概就是用物体的实际尺寸除以它离我们的距离,再转换成角度。6厘米除以100000厘米,得出的小数再转成角度,那叫一个“小”!比咱们人眼能分辨的1角分,要小上好几十倍。光靠我们自己的眼睛,那真是连个点都分辨不出来,更别提人脸了。
到底要多大倍数的“放大镜”才能看清?
既然我们眼睛能分辨的最小角度是1角分,而1000米外那6厘米的脸部细节,它在那么远的地方实际角度小得可怜。那我们就需要一个“放大镜”(也就是望远镜),把它放大,大到它在我们的视野里,也能达到1角分这个分辨极限。
计算起来也简单。就是拿我们人眼能分辨的那个最小角度(1角分),去除以1000米外那6厘米物体实际占据的那个“可怜”的角度。这么一除,当时我算出来的结果,大概就是几十倍到一百多倍了。具体来说,如果你要能把那6厘米的细节看清楚,它需要的放大倍数得有个差不多100倍左右。
听起来好像也不是特别夸张,市面上很多望远镜都标称能做到百倍。但这里面还有个大问题。
光学的“硬杠杠”和现实的“坑”
光线这个东西,它不是你想怎么放就能怎么放的。就算你的放大倍数再高,如果望远镜的镜片不够大,它也看不清那些极小的细节。通俗点说,望远镜的口径(就是前面那个大大的玻璃片直径)决定了它能收集多少光,以及它能分辨多小的东西。打个比方,你拿个小吸管去吸水,再使劲吸,流量也就那么点。望远镜口径就是那个吸管,它大小就决定了你最终能看到多清楚。
要想看清一千米外6厘米的细节,而且还要达到人眼分辨的极限,那望远镜的口径就不能太小。那些几十毫米的小望远镜根本就不够用,至少也得是上百毫米的专业观鸟镜或者天文望远镜才行。不然就算望远镜上面写着“100倍”,但因为口径不够大,你看到的画面会一片模糊,根本看不清细节,更别提辨认人脸了。
除了望远镜本身,咱们生活的环境也是个大麻烦。空气它不是透明的,也不是静止的。它有温度差,有水蒸气,有灰尘。这些都会让光线在传播过程中扭曲,产生像热浪一样的晃动效果。一千米这么远的距离,空气中的各种“小动作”能把你看到的画面搅得一塌糊涂。尤其是在白天,太阳一晒,地面热气上升,看出去的画面简直就像是在水波里晃荡,根本没法稳定地看清。
到头来,到底要几倍镜?
经过这么一番折腾,又是算又是想,加上各种实际考量,我得出的结论是:
如果光从光学理论计算上讲,要让一个足够好、足够完美的望远镜,能把1000米外人脸那些关键特征的视角放大到我们人眼能分辨的极限,大概需要80到150倍的放大倍数。这个具体范围嘛就看你到底是要看多小的细节了。
但是,这个倍数可不是随便一个“百倍”望远镜就能给你带来的。它要求望远镜的口径足够大,而且只能是在特别理想,几乎没有大气扰动的环境下才能实现。在咱们大气的实际情况里,尤其是在白天,要想稳定地看清1000米外的人脸,那简直是难上加难。实际用起来,很可能你开到60-80倍,画面就已经模糊得一塌糊涂了,根本没法看。再往上调倍数,只是把那个模糊的画面放得更大而已,细节根本不会变得更清楚。
这事儿真的不是当初我们想的那么简单,随便一个高倍望远镜就能搞定。它涉及到复杂的力学、光学原理,涉及到我们人眼的极限,更涉及到我们无法控制的自然环境。这下我是彻底搞明白了,这问题,可比我最初想象的要复杂得多,也更有意思得多。