Аберрация: виды и проявления¶
Аберрация (от лат. aberratio — уклонение, отклонение) — в широком смысле отклонение какого-либо явления, процесса или параметра от принятой нормы, стандарта или идеальной модели. Термин используется в нескольких научных дисциплинах, где имеет строго специфические значения, а также в переносном смысле для обозначения ошибок и искажений в восприятии или поведении.
¶Аберрация в оптике
В оптике аберрацией называют искажение изображения, возникающее в реальных оптических системах (линзах, зеркалах, объективах) по сравнению с идеальным изображением, которое строится по законам параксиальной оптики. Причиной аберраций является несовершенство формы оптических элементов, зависимость показателя преломления среды от длины волны света, а также нарушение гомоцентричности (схождения в одной точке) пучков лучей.
¶Монохроматические аберрации
Монохроматические аберрации возникают даже при прохождении через систему света одной длины волны. К ним относятся:
- Сферическая аберрация — лучи, проходящие через края линзы, фокусируются ближе к линзе, чем лучи, проходящие через её центр. Изображение точки приобретает вид размытого пятна.
- Кома — аберрация, проявляющаяся для точек, расположенных вне оптической оси. Изображение точки приобретает форму кометы с хвостом, направленным к краю поля зрения или от него.
- Астигматизм — лучи, идущие от точки в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (меридиональной и сагиттальной), фокусируются на разном расстоянии от системы, что приводит к искажению изображения точки в виде эллипса.
- Диспорция поля — искривление плоскости изображения: плоский объект отображается не в плоскость, а в изогнутую поверхность.
- Дисторсия — изменение масштаба изображения от центра к краям поля зрения. Различают бочкообразную (уменьшение масштаба к краю) и подушкообразную (увеличение масштаба) дисторсию.
¶Хроматические аберрации
Хроматические аберрации обусловлены дисперсией света — зависимостью показателя преломления среды от длины волны. Поскольку свет с разной длиной волны преломляется в линзе под разными углами, изображения, построенные разными цветами, не совпадают. Различают продольную хроматическую аберрацию (разные цвета фокусируются на разном расстоянии) и поперечный хроматизм (разное увеличение для разных длин волн).
Для исправления аберраций применяют сложные многолинзовые системы (ахроматы, апохроматы), асферические поверхности, а в зеркальных системах — специальные профили зеркал. Полное устранение всех аберраций одновременно невозможно, поэтому при проектировании оптики исходят из требований конкретной задачи.
¶Аберрация в астрономии
В астрономии аберрацией света называют изменение видимого положения небесного светила, вызванное конечной скоростью распространения света и движением наблюдателя вместе с Землёй. Вследствие этого эффекта свет, попадающий в телескоп, кажется приходящим не из того направления, где светило находится в действительности, а из точки, смещённой в сторону движения наблюдателя.
Аберрация была открыта английским астрономом Джеймсом Брэдли в 1727 году и стала одним из первых наблюдательных подтверждений конечности скорости света. Величина годичной аберрации (обусловленной движением Земли по орбите) составляет около 20,5 угловой секунды. Существует также суточная аберрация, вызванная вращением Земли вокруг своей оси, величина которой не превышает 0,3 угловой секунды. Учёт аберрации обязателен при точных астрометрических наблюдениях.
¶Аберрация в биологии
В биологии и генетике аберрацией называют структурные изменения хромосом — хромосомные мутации. Такие изменения могут затрагивать отдельные участки хромосомы или целые хромосомы. Основные типы хромосомных аберраций:
- Делеция — утрата участка хромосомы.
- Дупликация — удвоение участка хромосомы.
- Инверсия — поворот участка хромосомы на 180 градусов.
- Транслокация — перенос участка одной хромосомы на другую.
Хромосомные аберрации возникают в результате ошибок при делении клетки, воздействия ионизирующего излучения, химических мутагенов, вирусов. Они могут приводить к генетическим заболеваниям, бесплодию, онкологическим заболеваниям или не иметь заметных фенотипических проявлений, если не затрагивают жизненно важные гены.
¶Аберрация в психологии и философии
В психологии термин «аберрация» используется для обозначения искажений восприятия, памяти или мышления. Классическим примером служат оптические иллюзии, когда визуальная система человека ошибочно интерпретирует геометрические соотношения. В когнитивной психологии близким понятием являются «когнитивные искажения» — систематические ошибки мышления, возникающие на основе стереотипов и эвристик.
В философии и социологии об аберрации говорят как об отклонении сознания или общественного поведения от некой принятой нормы или истины. Например, в марксистской традиции использовалось понятие «товарный фетишизм» как аберрация общественного сознания, при которой отношения между людьми воспринимаются как отношения между вещами.
¶Аберрация в других областях
В геодезии и картографии аберрацией называют отклонение отвесной линии от нормали к референц-эллипсоиду, вызванное неравномерным распределением масс в земной коре. В радиотехнике и электронике термин применяется для обозначения искажений формы сигнала. В математической статистике под аберрацией понимают выброс — резко выделяющееся наблюдение, которое может существенно исказить результаты анализа.
¶Значение понятия
Несмотря на различие конкретных значений, во всех случаях аберрация обозначает отклонение от идеальной модели или нормы. Изучение аберраций в оптике позволило создать высококачественные оптические приборы — от микроскопов до телескопов. Учёт аберрации света стал основой точной астрометрии. Анализ хромосомных аберраций лежит в основе цитогенетической диагностики наследственных заболеваний. Таким образом, понятие аберрации, изначально возникшее в оптике, стало междисциплинарным термином, описывающим фундаментальное свойство реальных систем отличаться от идеализированных моделей.
¶Источники
- Ландсберг Г. С. Оптика: учебное пособие для вузов. — М.: Физматлит, 2003.
- Борн М., Вольф Э. Основы оптики. — М.: Наука, 1973.
- Жданов Г. Б. Аберрация света // Физическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1988.
- Vogel F., Motulsky A. Human Genetics: Problems and Approaches. — Springer, 1997.
- Кэрролл Р. Т. Аберрация // Энциклопедия заблуждений: собрание невероятных фактов, удивительных открытий и опасных поверий.