@ 2016.07.23 , 12:22

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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