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人類的眼睛結構可以說是相當精巧複雜,對光線也十分敏感,那麼人類眼睛的感知極限是否能達到對單個光子也有所感知的程度?有相關的科學實驗證明嗎?
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  • 1 # 艾伯史密斯

    答:在2015年,美國科學家做過實驗,證明人眼極限可感知3個光子,但是需要在絕對黑暗的環境中觀察!

    我們先來看人眼的結構,人眼感知光線的重要部位是視網膜,視網膜上包含兩種重要細胞——視杆細胞和視錐細胞。

    (1)視杆細胞有大約1.2億個,負責弱光的處理,並對弱光極為靈敏,相當於雙射手機中的黑白鏡頭;

    (2)視錐細胞有大約700萬個,負責顏色細節的處理,相當於雙射手機中的RGB彩色鏡頭。

    如果視杆細胞異常,將會患夜盲症;如果視錐細胞異常,將會患色盲或者色弱。

    其中視杆細胞在很多動物的視網膜中都是通用的,科學家提取青蛙的視杆細胞做實驗,證明了視杆細胞可以對單個光子做出反應。

    所以,從理論上說,人眼感知光線的極限是“單個光子”。

    但實際上光線進入眼睛,會先穿過晶狀體和玻璃體,這會導致部分光子被吸收,視網膜接收光子訊號轉化為電訊號的過程,還會進行一些“降噪”處理,該過程有可能把單個光子的訊號當作噪聲過濾掉,所以人眼要感知單個光子是很難的。

    不過在2015年,科學家們為什麼尋找人眼感知光線的極限,做了數萬次實驗,以嚴謹的資料證明——人眼感知光線的極限至少是“三個光子”。

    實驗過程是醬紫的:找來幾個視力很好的志願者,利用光子發射器發出一對關聯光子對,其中一個光子進入測試者眼睛,另一個進入單光子檢測器,實驗中光子的數量可以進行控制;然後每次實驗分兩組,一組存在光子進入測試者眼睛,一組不存在光子,然後讓測試者指出到底是哪一組實驗有光子。

    數萬次的實驗結果表明,最低三個光子時,測試者正確區分“含有光子組”的機率要明顯高於隨機判斷。

    於是可以確定地說,人眼感知光線的極限至少為三個光子;因為人眼對光線的感知存在寬容度,所以需要在絕對黑暗的環境中,才有可能感知到三個光子。

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