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buffalo7239

至尊木虫 (著名写手)

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[交流] 人眼能否看到单个光子！！！

人眼能否看到单个光子

北京时间9月13日消息，据国外媒体报道，众所周知，人眼敏感度极高，但我们能否看到单个光子呢？答案是视网膜的感应器可以对单个光子做出反应。

　　不过，当至少5个到9个在不到100毫秒(ms.)内连续到达时，神经滤波器仅允许一个信号通过，传递至大脑，诱发有意识反应。如果我们可以有意识地看到单个光子，那么我们会在弱光下经历太多的视觉“噪音”，所以，这种滤波器是一种必要的工具，而不是什么缺点。

　　有研究人员曾经表示，单个光子是可以看见的，并以人眼可以看见放射性物质的微弱闪光为例证明这一点。这是一个错误的说法。这种闪光可以产生大量的光子，同时也不可能去测定业余天文学家用肉眼去看发微弱光线的恒星的敏感度。在到达真正的限制前，它们还受限于背景光。若想测试视觉的灵敏度，那么必须进行更周详的实验。

　　处于人眼后壁的视网膜拥有两类受体，一种称为视锥细胞(cone)，另一种称为视杆细胞(rod)。视锥细胞负责色视觉，与视杆细胞相比对弱光更不敏感。在强光下，视锥细胞十分活跃，虹膜缩小。这称为亮视觉(photopic vision)。当我们进入一个伸手不见五指的房间时，眼睛打开虹膜使更多光线进入，最先适应这种环境。

　　在大约30分钟时间内，还存在其他的化学适应性，使视杆细胞对相当于视锥细胞工作所需视觉水平的万分之一的光度敏感起来。在此之后，我们在黑暗中的视力有所改善，但我们的色视觉则非常差劲。这种现象称为暗视觉(scotopic vision)。视杆细胞中的活跃物质是视紫红质。单个光子可以被单个分子所吸收，单个分子会改变外形，通过化学手段诱发传递至视神经的信号。

　　视黄醛(Vitamin A aldehyde)还起到作为吸光色素的重要作用。维生素A缺乏症的一个症状就是夜盲，这是因暗视觉失灵造成的。通过在黑暗房间内使用极其微弱的光源，有可能测试我们的视觉灵敏度。赫克特、施拉尔(Schlaer)和皮雷纳(Pirenne)在1942年首次成功实施了这方面的实验。他们得出了这样的结论，那就是视杆细胞在暗视觉期间可以对单个量子作出反应。

　　在实验中，他们让志愿者在暗室内停留30分钟，以适应黑暗的环境。他们将一个可控光源调整至某个点左侧20度左右，志愿者的眼睛会锁定在这个点上，这样，光线就能以视杆细胞的最高集中度落到视网膜区域上。光源则是一个圆盘，释放出1毫秒的微弱闪光，以避免光过多地在空间或暂时的扩散。实验所用波长约为510 nm(绿光)。

　　研究人员要求志愿者在看到闪光时回答“有”，没看到闪光时回答“没有”。光的强度逐渐降低，直至志愿者只能猜出答案。他们发现，只要约90个量子进入眼睛，志愿者反应的成功率能达到60%。因为只有约10%到达眼睛的光子确实能到达视网膜，这意味着受体需要大约9个光子才能发挥作用。

　　由于光子也许已经扩散至350个视杆细胞上面，研究人员就能通过统计学总结出这样的结果：视杆细胞可能会对某个光子做出反应，即便因光子到达眼睛的次数十分罕见，志愿者不能看到它们。1979年，贝勒、拉姆和另外一位科学家利用体内植于电极的蟾蜍的视杆细胞，直接去展示它们可以对单个光子做出反应。(秋凌)

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