@ 2016.07.23 , 12:22
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人眼到底有多牛?它能看到单个光子

我们的眼睛也许远比我们想象中的更了不起。

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一项新研究发现人眼能够在极黑的环境中检测到光的最小单位——光子。这意味着我们的眼睛能够感觉到单个粒子,在许多高科技仪器都很难做到的情况下,这实在是太疯狂了。

洛克菲勒大学的Alipasha Vaziri是主要研究员,他表示:“你可以想象一下这种场景:一个光子与由数十亿个身处温暖湿润环境的细胞构成的生物系统相互交流,在此过程中无处不在的背景噪音都被忽略了。而任何人造的探测器都需要被冷却且隔绝噪音之后才会有同样表现。”

我们眼睛中检测光的细胞被称作视杆细胞,它们在黑暗中会变得更加敏感。我们的眼睛中大约有1.2亿个视杆细胞,相比之下我们眼睛中只有600万个检测颜色的视锥细胞。

换句话说,我们的眼睛可能会对光格外敏感,但它们通常都受到了刺激,以至于我们无法测试它们的极限。在四十年代一项标志性研究中,研究人员们曾发现人眼能够一次性检测由5-7个光子构成的光束。但之前从未有人检测过我们是否能看到单个光子,因为人类很难打造出一次只运输一个光子的仪器。

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在最新研究中,洛克菲勒大学的研究团队与维也纳大学的研究人员们一起,打造出一种一次性只运输一个光子到人眼或者什么也不发送出来的设备。

接着研究人员们让三名二十多岁的男子进行了三万多次实验,其中一名参与者还戴着隐形眼镜。在每次实验中,男性参与者们需要坐在黑暗的、隔绝了声音和光的房间长,并佩戴耳机。他们的头被固定在靠枕上,右眼则一直盯着柔和的红光。

接着他们的两只眼睛都会接受机器给予的光刺激。其中一只眼睛视杆细胞最多的地方将接收单个光子,另外一只眼睛看到的则是一片黑暗。参与者需要判断他们的哪只眼睛感受(而非看到)了光子。判断之后,这三名男性参与者会从耳机里面听到他们的判断是否正确,并再次接受测试,按此循环往复。

在这三万多次测试中,这些男子检测到光子的正确率为百分之五十一点六。这样的准确率并不高,但从统计学的角度来看,它是一种较高的准确率而非偶然。该团队还发现如果第二个光子能提早几秒发送,那么这些男子感觉到这个光子的可能性更大。如果一个光子能比之前的光子提早十秒发送,那么这些男子检测到光子的成功率将变成百分之五十六。

这个结果很迷人,研究人员们现在需要在更大的样本中证实他们的发现。另外,这些男子在反复试验过程中可能学会辨别光子是否被发送,未来研究人员们需要改变他们的试验方法。此外,研究人员们还需要在女性参与者身上做实验,才能确切地知道人类是否能检测到单个光子。

如果这一发现能得到证实,那么科学家们将面临一系列新问题。即人眼如何检测光子,我们能从人眼结构中学到些什么才能让人造检测器更加准确?

该研究被发表在《自然通讯》期刊上。

本文译自 ScienceAlert,由译者 肌肉桃 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 44+1

  1. 3207434

    我认为这个是一种超能力。

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  2. 没心情没朋友
    @1 year ago
    3207442

    明察秋毫啊。

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  3. jerrybie
    @1 year ago
    3207443

    我瞎猜 样本数够大,正确率也接近50%?

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  4. 开你妹的玩笑
    @1 year ago
    3207445

    我的眼睛就不行啦,只能看到奶子大小的东西

    [292] XX [13] 回复 [0]
  5. starry
    @1 year ago
    3207446

    可是他只是说左眼还是右眼,那么就有大约50%的几率蒙对啊,成功率为51.6%不就等于1.6%…..

    [9] XX [48] 回复 [0]
  6. 3207448

    人耳对鼓膜振动幅度的分辨率小于一个原子的直径。

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  7. Valsorim
    @1 year ago
    3207449

    为啥正确率51就说是较高的准确率呢?这是什么道理?只怪我统计概率学的不好

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  8. 3207451

    对照组呢

  9. Ranger
    @1 year ago
    3207455

    样本足够大情况下51.6%的正确率已经能够说明倾向性了。就像你抛硬币,如果30000次之后某一面朝上的几率是51.6%的话,那么已经能够足够说明这个硬币有问题了。

    [154] XX [5] 回复 [0]
  10. 一微克威
    @1 year ago
    3207460

    强行(pian)科(jing)普(fei)系列

    [10] XX [35] 回复 [0]
  11. dived_wen
    @1 year ago
    3207461

    妈蛋,这是乱猜的结果吧

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  12. Microbird
    @1 year ago
    3207464

    为什么每次要告诉被试者是否正确?

    [12] XX [0] 回复 [0]
  13. 3207469

    那他得有多深的近视?

  14. 3207480

    单光子是扯淡,但人眼灵敏度的确非常的高

  15. 永恒住民
    @1 year ago
    3207485

    记得大学做光学实验的时候,有一个试验的确是靠人眼看,能看到一点点光就判定为到达临界值,最终结果还是挺准的。

    [12] XX [0] 回复 [0]
  16. 3207502

    猜硬币正反面有51%的正确是超能力吗

    [16] XX [0] 回复 [0]
  17. 3207506

    怎么才能确定不是猜出来的呢

  18. lalala
    @1 year ago
    3207511

    @Microbird: 锻炼超能力

  19. 白菜火锅
    @1 year ago
    3207563

    直接看成牛的眼睛可以看到单个光子,正是牛x

  20. 天塌入虚怀
    @1 year ago
    3207568

    @MHTF: 并不能,只能说明猜测结果有偏好,因为硬币两面不同,出现正面和反面的概率并不一样

  21. 扬帆大海
    @1 year ago
    3207573

    @MHTF: 说明硬币并不是50%概率分布,简单说就是你抛硬币+硬币本身,出现正反面的概率并不平均。

  22. 世界变化快
    @1 year ago
    3207602

    等一下。。现在已经能做单光子光源了?

  23. 3207603

    这个和瞎猜真的区别不大。。。

  24. iovejrj
    @1 year ago
    3207676

    @Athar: 你说的话让我无法判断你是否有医疗背景,实在不好接啊

  25. 幻丶尘
    @1 year ago
    3207679

    唉…

  26. hhhhha
    @1 year ago
    3207682

    复习了一下概率论。大量样本下按中心极限定理来计算,假如参加实验的人完全只是按50%的正确概率瞎猜,三万次实验中猜中的频率在49%~51%之间的概率大约是99.94%。完全瞎猜得到这个51.6%的频率的可能性可以说非常小。

    [21] XX [0] 回复 [0]
  27. 纯洁的路人甲
    @1 year ago
    3207685

    为啥不是得出人类其实有第六感的结论呢~~·

  28. 3207693

    @iovejrj: 正常耳能察觉的最小声压,是使鼓膜振动幅度相当于一个氢原子直径大小的压力变化,这相当于5E9分之一的标准大气压,一个标准大气压为1巴。法定计量单位用帕作为计量压力的单位,1 bar = 1E5 Pa。即正常人耳听到的最小声压为20 μPa。——《临床声学基础 2》,中图分类号Q62,文献标识码C,文章编号1006-729902-0125-02
    我没有医学背景,但是这些资料明明很好找的啊……

    [15] XX [0] 回复 [0]
  29. 百得
    @1 year ago
    3207735

    夏天在夜空下呆一会儿,就能看到民航飞机的三盏灯,再看久一点就能看到低轨道卫星。视力正常的人都可以。
    有人换算过:人眼可以看到20公里外划着的火柴。

  30. 绅士
    @1 year ago
    3207738

    黄色 570–590 nm
    橙色 590–620 nm

    也就是说,实际上你的眼睛能够区分波长差别为50纳米(甚至更小)的电磁波

  31. 百得
    @1 year ago
    3207742

    夏天在夜空下呆一会儿,就能看到民航飞机的三盏灯,再看久一点就能看到低轨道卫星。视力正常的人都可以。
    有人换算过:人眼可以看到20公里外划着的火柴。

  32. 3207749

    被扔掉的数据里正确率48.4%呗

  33. 3208068

    地球OL客户端重大更新,提高了对于分辨率的支持上限,由1080p提升至4k

  34. mty1111
    @1 year ago
    3208175

    @Ranger: 实际上掷硬币实验罗曼洛夫斯基做的八万次最后得出频率是49.23%

  35. 3208180

    这个他们的答案应该是三个
    1、左眼
    2、右眼
    3、没看到

  36. 3208270

    研究结果如果是49%,那还会成为新闻被我们看到么?
    只有51%这样的数据会被我们看到。

  37. 3208326

    @mty1111: 因为一般硬币的两面并不是均衡的重量,各种刻花导致其中一面略重,数量极大的实验容易凸显出那一面朝下的比例略高。

  38. 玉山
    @1 year ago
    3208331

    人是能感受到原子级的能量变化的,只是大脑在背景噪杂的情况下,自动屏蔽了原子级的能量感应报告,要不然,全身原子级的接触报告,足够你抽风致死!

  39. xxxxxx
    @1 year ago
    3208862

    几万次实验,51.6%可以确定不是随机事件了。

  40. 3209000

    @永恒住民: 科学史上有很多这样的实验,比如卢瑟福用α粒子轰击金箔,通过散射情况判断原子核的存在。他的做法就是在靶周围围一圈ZnS还是什么闪烁体,让他的助手们一人盯着一个,一次黯淡的闪光就代表有一个α粒子在和金原子碰撞后散射到了这个方向上。

  41. vincson
    @1 year ago
    3209020

    我想知道为何我有时闭眼后会看到一些很清晰甚至有景深的生活中的图像

  42. 3209551

    人类很难制造出能探测单一个光子的仪器? 那这个发出单一光子的仪器是怎么造出来的?

  43. 3209860

    如果猜中率大于50%,说明人眼靠谱;可是,如果小于50%,也是有意义的啊,只要把人眼看到的结果反过来就行。

  44. alpha_boy
    @1 year ago
    3244303

    这个机器有时能发出单光子,有时啥也发不出……那51.6%的准确率是怎么知道的?

    首先,人类能准确搞清楚这个机器每次是否成功地发出了单光子吗?这个都搞不清,后续的数据就没意义了。

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