Вспышки в глазах: движение быстрее скорости света

12 января 2020

Многие пациенты, проходившие курс лучевой терапии, сообщали о световых вспышках (фосфенах) во время процедуры. Фосфены наблюдались даже тогда, когда глаза пациентов были закрыты. О чем-то похожем иногда сообщали и космонавты, в первую очередь – участники программы Apollo во время полетов к Луне. Обычно считалось, что дело в непосредственном возбуждении космическими лучами или жестким рентгеном фоторецепторов в сетчатке. Однако исследователи из Нью-Гемпшира не только предложили альтернативную теорию, но и подтвердили ее на практике. Результаты опубликованы в International Journal of Radiation Oncology.

А-С — зафиксированное черенковое излучение, D — доза при лучевой терапии

Скажем сразу, альтернативные варианты предлагались и ранее: например, образованные облучением свободные радикалы вызывают образование пероксидов липидов, которые приводят к биолюминесценции. Однако авторы предложили более «экзотическую» физическую модель, основанную на явлении, за открытие и объяснение которого советские физики Павел Черенков, Игорь Тамм и Илья Франк получили Нобелевскую премию 1958 года. Речь идет об излучении Вавилова-Черенкова.

Излучение Вавилова-Черенкова в охлаждающей жидкости

Суть этого явления заключается в том, что во время движения заряженной частицы со скоростью, быстрее света, возникает особое излучение. Скажете, что согласно теории относительности Альберта Эйнштейна движение быстрее скорости света невозможно? В приведенной выше формулировке пропущено одно слово: скорости света в вакууме. Двигаться быстрее нее действительно невозможно для материального объекта, однако скорость света в другой среде несколько или даже заметно ниже. Так, например, скорость света в воде равна 225341 км/с, что заметно ниже 299792,458 км/с в вакууме. Черенковским излучением, например, объясняется синеватое свечение радиоактивных элементов в воде.

Для того, чтобы подтвердить возникновение черенковского излучения в стекловидном теле, авторы сначала провели эксперименты на глазах животных (глазах свиньи, максимально близких по строению к глазу человека – именно на этом материале тренируются офтальмохирурги), затем – на глазном фарфоровом протезе, а затем сконструировали остроумную экспериментальную установку, которая бы фиксировала бы излучение и во время лучевой терапии реальных пациентов.

Результаты на фарфоровом протезе

Схема экспериментальных установок

Авторы сообщают, что во всех трех случаях им удалось зафиксировать черенковское излучение с интенсивностью до 2500 фотонов в миллисекунды. И это было именно черенковское излучение, что подтверждалось его спектральными характеристиками. Напомним, что экспериментально доказана способность сетчатки воспринимать единичные фотоны. При этом черенковские фотоны рождались по всему объему глаза, от роговицы до сетчатки с пиком интенсивности примерно в 10 мм от поверхности глаза. Так что, по утверждению авторов, по крайней мере в части возникновения черенковского излучения в объеме глаза, феномен возникновения фосфенов при лучевой терапии и космических полета им удалось объяснить и экспериментально подтвердить.