Неверно что человеческий глаз воспринимает инфракрасное излучение
Как люди и животные воспринимают свет
Автор:
Глаз человека устроен таким образом, что видеть в полной темноте он не может. Это связано с особенностью зрительной функции. Чтобы глаз смог зафиксировать изображение какого-либо объекта, нужно чтобы световые лучи,отразившись от него, попали на сетчатку глаза. Для того, чтобы человеческий глаз видел предметы, освещение может быть природным или искусственным. Восприятие объектов глазами животных и птиц отличается от человеческого видения, так как устройство органов зрения у некоторых представителей фауны рассчитано на особенности их среды обитания.
Механизм восприятия световых лучей
Свет является высокочастотными электромагнитными волнами. Глаза человека воспринимают только определенную частоту этих волн, а остальные являются для глаза невидимыми. Источники световых волн могут быть первичными и вторичными. Солнце и лампы являются первичными, а вот вторичными являются все остальные объекты, отражающие свет. Если объект прозрачный и не отражает свет, тогда для глаза он невидимый. То же происходит и в полной темноте, когда все находящиеся вне поля освещенности предметы невидимы для глаз.
Устройство глаза рассчитано на восприятие диапазона световых волн в пределах 400-790 ТГц, поэтому инфракрасное и ультрафиолетовое излучение человек не видит. Диапазон частот, которые видит человек, называют видимым излучением. У животных этот диапазон отличается, поэтому птицы и пчелы, к примеру, видят ультрафиолетовое излучение, находящееся в диапазоне с длинной волны 300-400 нм. Также различают ультрафиолетовые лучи рептилии, рыбы, ракообразные и моллюски.
Такая способность у животных развита для обеспечения выживания в естественной среде, для охоты, поиска еды или защиты от хищников. Пчелы при помощи ультрафиолетового света видят цветы и пыльцу. Видение животными уф-лучей обеспечивается за счет особого строения глаза, а вот для человека такое излучение является опасным, поэтому и блокируется. Также во время блокирования ультрафиолетового излучения острота зрения усиливается.
Инфракрасные лучи животные видеть не могут так же, как и человек. Глаз животного не настроен на восприятие инфракрасного излучения, но при помощи расположенных на разных участках тела рецепторов некоторые представители фауны могут чувствовать тепловое излучение. Человеку для распознавания инфракрасного излучения нужно дополнительное применение специального прибора – тепловизора.
Как человек и животные видят цвета
Человеческий глаз имеет в структуре сетчатки особые чувствительные фоторецепторы, которые обеспечивают восприятие окружающих объектов. Так для обеспечения сумеречного видения на сетчатке есть палочки, а для цветного восприятия окружающего мира – колбочки (для распознания синего, зеленого и красного цвета в спектре). Комбинация этих основных цветов спектра дает возможность распознавать человеку тысячи оттенков. При очень сильном освещении активируются одновременно все фоторецепторы, поэтому человек видит слепящий белый цвет.
В случае отсутствия или нарушения в функционировании колбочек для восприятия того или иного цвета спектра возникает заболевание дальтонизм. Человек с дальтонизмом может не воспринимать определенный цвет спектра или идентифицировать его ошибочно, путая зеленый и красный, например.
У большинства млекопитающих структура глаза устроена таким образом, что они могут воспринимать только черный и белый цвета. Особенность их глаз заключается в высокой чувствительности к оттенкам серого. Собаки, к примеру, отличают очень много серых оттенков. Именно поэтому многие ошибочно полагают, что собаки могут отличать цвета. На самом деле они безошибочно идентифицируют оттенок серого, но не цвет в его естественном проявлении.
Человеческий глаз может видеть «невидимый» инфракрасный свет
Любой ученый, если вы его спросите, скажет, что мы не можем видеть инфракрасный свет. Как и рентгеновские лучи и радиоволны, инфракрасные световые волны находятся за пределами видимого спектра. Однако международная команда ученых из Вашингтонского университета обнаружила, что при определенных условиях сетчатка глаза может ощутить инфракрасный свет.
«Мы используем данные, полученные в ходе этих экспериментов, чтобы разработать новый инструмент, который позволит врачам не только изучить глаз, но и стимулировать отдельные части сетчатки, чтобы определить, нормально ли она функционирует, — говорит старший исследователь Владимир Кефалов, адъюнкт-профессор офтальмологии и визуальных наук в Университете Вашингтона. — Мы надеемся, что в конечном счете это открытие будет иметь некоторые практические применения».
Результаты работы были опубликованы 1 декабря в трудах Национальной академии наук (PHAS). В работе принимали участие ученые из Кливленда, Польши, Швейцарии и Норвегии.
Исследование было инициировано после того, как ученые исследовательской группы сообщили, что видели случайные вспышки зеленого света, работая с инфракрасным лазером. В отличие от лазерных указок, которые используются в качестве игрушек или в лекционных залах, мощный инфракрасный лазер, с которым работали ученые, как полагали, испускает свет, невидимый для человеческого глаза.
«Им удалось увидеть свет лазера, который был за пределами нормального видимого диапазона, и мы захотели выяснить, как им удалось увидеть свет, который должен был быть невидимым», — рассказал Франс Винберг, доктор наук и один из ведущих авторов работы.
Винберг, Кефалов и их коллеги изучили научную литературу и подняли сообщения людей, которые утверждали, что видели инфракрасный свет. Затем повторили предыдущие эксперименты, в ходе которых это происходило, и проанализировали данные.
«Мы экспериментировали с лазерными импульсами различной длительности, которые доставляло одно и то же количество фотонов, и обнаружили, что чем короче импульс, тем вероятнее, что человек его увидит, — объяснил Винберг. — Хотя продолжительность импульсов была столь мала, что невооруженным глазом их отметить невозможно, они позволяют людям видеть этот невидимый свет».
Франс Винберг и Владимир Кефалов
Как правило, частица света (фотон) поглощается сетчаткой, которая затем создает молекулу — фотопигмент, которая начинает процесс преобразования света в зрение. Обычно каждый из множества фотопигментов поглощает один фотон.
Но если упаковать много фотонов в короткий импульс быстро пульсирующего лазера, есть шанс, что одновременно один фотопигмент уловит два фотона, и объединенная энергия двух частиц света активирует пигмент и позволит глазу увидеть то, что в обычном состоянии невидимо.
«Видимый спектр включает волны света длиной 400-720 нанометров, — объясняет Кефалов. — Но если молекула пигмента в сетчатке одновременно улавливает пару фотонов длиной 1000 нанометров, эти частицы света доставляют то же количество энергии, что и один 500-нанометровый фотон, который хорошо заметен в видимом спектре. Вот как мы можем видеть инфракрасный свет».
Хотя эти исследователи первыми сообщили о том, что глаз может воспринимать свет таким образом, идея использования менее мощного лазерного света, чтобы сделать вещи видимыми, не нова. Двухфотонный микроскоп, к примеру, использует лазеры для выявления флуоресцентных молекул глубоко в тканях. Ученые говорят, что также работают над применением двухфотонного подхода в новом типе офтальмоскопа, инструмента, который помогает врачам исследовать внутреннюю часть глаза.
Идея заключается в том, что испуская инфракрасные импульсы лазером в глаз, врачи могли бы стимулировать части сетчатки, чтобы узнать больше о ее структуре и функции в здоровых глазах и помочь людям с заболеваниями сетчатки, например, дегенерацией желтого пятна.
Почему человек не может видеть инфракрасные лучи?
Почему человек не может видеть инфракрасные лучи?
(Спрашивает Мартин Лангфорд, Пикхерст, Новый Южный Уэльс, Австралия)
Мы различаем цвета благодаря трем видам белка, каждый из которых предназначен для распознавания излучения определенной длины волны. Эти белки синтезируются в колбочках. В каждой колбочке содержится только один вид белка. При длине волны 380 нм свет распознает только колбочка S-типа (от англ. short – короткий). Аналогичным образом при длине волны 700 нм действует только колбочка L-типа (от англ. long – длинный).
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Продолжение на ЛитРес
Читайте также
Может ли кошка видеть в темноте?
Может ли кошка видеть в темноте? Возможно, у вас дома живет кошка. Вы любите держать свою любимицу на руках, играть с ней и чувствуете, что она почти член семьи. Но кошка — одно из самых странных созданий на земле. Несмотря на то, что она была приручена и живет с людьми уже
Глава 4, показывающая, до чего может докатиться человек, или Про дурные примеры, которые заразительны
Глава 4, показывающая, до чего может докатиться человек, или Про дурные примеры, которые заразительны Раньше я считал себя непогрешимым, считал, что не способен на подлость. Ну просто не способен, и все. Теперь знаю, что это были свойственные молодости иллюзии.Способен я. На
Почему человек не может слышать так же хорошо, как собака?
Почему человек не может слышать так же хорошо, как собака? (Спрашивает Ганс Шмидт, Франкфурт-на-Майне, Германия)Этот вопрос можно перефразировать следующим образом: «Почему люди не могут слышать ультразвук и инфразвук?» Частота звука выражается в герцах (Гц). Считается,
Может ли человек продолжать жить, когда сердце перестает биться?
Может ли человек продолжать жить, когда сердце перестает биться? Как ни странно, но ответ – да. Недавно российские врачи сообщили о случае с человеком, который продолжал жить, после того как у него перестало биться сердце. У Николая Михальничука случился сердечный приступ
Может ли получить солнечный ожог недавно умерший человек?
Может ли получить солнечный ожог недавно умерший человек? (Спрашивает Саймон Стивенс, Керл-Керл, Новый Южный Уэльс, Австралия)Мертвый человек не может получить солнечный ожог. Для осуществления воспалительного процесса клетки должны обладать энергией, чтобы подавать
Кто из животных может видеть ушами?
Кто из животных может видеть ушами? Видят ушами, а не глазами летучие мыши. Хоть они и не слепы, но видят очень плохо. Нам известно, что летучие мыши могут отличить день от ночи, но мы не знаем, различают ли они предметы. Однажды ученые провели специальные эксперименты. В
Может ли крот видеть?
Может ли крот видеть? Крот — одно из самых интересных животных. Кроты живут почти по всей территории Соединенных Штатов, и их насчитывается около 50 различных видов. Но люди видят их настолько редко, что они считаются какими-то таинственными существами. Крота можно найти
Может ли сова видеть ночью?
Может ли сова видеть ночью? В течение тысяч лет сова была для людей существом, которому придавалось особое значение. Первобытные люди имели много предрассудков, касающихся сов, в основном из-за ни на что не похожих криков, которые те издают. Во многих странах Европы
Как долго человек может обходиться без еды?
Как долго человек может обходиться без еды? Большинство из нас испытывает неприятные ощущения, пропустив хотя бы один прием пищи, а если попробовать обойтись без еды 12 часов, то мы будем чувствовать себя совсем не в своей тарелке. Но бывают люди, которые, кажется, способны
Почему вертолет может останавливаться в воздухе?
Почему вертолет может останавливаться в воздухе? Вертолет может летать во всех направлениях: вперед, назад, прямо и вбок. Он может также зависать в одной точке. Чтобы понять, как это происходит, нужно знать, как летает вертолет. Когда лопасти пропеллера вертолета вращаются
Почему страус не может летать?
Почему страус не может летать? В воздухе сила притяжения ощущается сильней, чем на земле. Так происходит потому, что воздух мало поддерживает вес. Только маленькие птицы могут летать, хлопая крыльями, потому что для этого нужна сильно развитая грудная мускулатура. У
Может ли человек стать гигантом?
Может ли человек стать гигантом? Вскоре после окончания Великой Отечественной войны в нашей стране и во всем мире начался процесс акселерации: ускоренное развитие детей и увеличение их роста. Дети стали вырастать более высокими, чем были их родители. Скачки увеличения
Может ли живой человек быть успешным донором сердца?
Может ли живой человек быть успешным донором сердца? Удивительно, но живой человек вполне может пожертвовать своим сердцем ради кого-то другого и остаться при этом жить – при условии, разумеется, что получит сердце взамен.Так бывает, когда кто-то с тяжелой болезнью
Почему в Англии у владельца дома за два миллиона фунтов может быть старая дешевая машина, а в России у человека может не быть дома, но будет Porsche?
Почему в Англии у владельца дома за два миллиона фунтов может быть старая дешевая машина, а в России у человека может не быть дома, но будет Porsche? ДМИТРИЙ ГОЛОЛОБОВДиректор Gololobov and Co (Лондон), бывший глава правового управления ЮКОСаНа самом деле причин для того,
Видеть сучок в чужом глазу и не видеть бревна в своем
Видеть сучок в чужом глазу и не видеть бревна в своем Из Библии. Новый Завет, Евангелие от Матфея (гл. 7, ст. 3): «И чту ты смотришь на сучок в глазе брата твоего, а бревна в твоем глазе не чувствуешь?» Также ст. 5: «Лицемер! вынь прежде бревно из твоего глаза, и тогда увидишь, как
Да умный человек не может быть не плутом
Да умный человек не может быть не плутом Из комедии «Горе от ума» (1824) А. С. Грибоедова (1795—1829). Слова Репетилова (действ. 4, явл. 4), который говорит об одном из своих товарищей: Ночной разбойник, дуэлист, В Камчатку сослан был, вернулся алеутом, И крепко на руку нечист; Да умный
Незримый свет. Когда человек может видеть инфракрасное излучение?
Результаты последних исследований показывают, что так называемый видимый диапазон электромагнитного излучения можно расширить: оказывается, человек может в некоторых случаях видеть инфракрасный свет, несмотря на то, что он считается полностью невидимым для нашего глаза.
Серия экспериментов продемонстрировала, что подобный эффект возникает в результате того, что два инфракрасных фотона одновременно попадают на один пигментный белок глаза. Из-за этого выделяется энергия, инициирующая химические изменения, которые позволяют нам увидеть первоначально невидимый свет.
Наука гласит, что глаз человека способен разглядеть электромагнитные волны с длиной волны от 400 нанометров (синий свет) до 720 нанометров (красный свет). Тем не менее, известны случаи, когда люди видели специфический инфракрасный лазерный свет с длиной волны более 1000 нанометров и интерпретировали его как белый, зелёный или другие цвета.
Кшиштоф Палчевский, фармаколог университета Кейс Вестерн Резерв, говорит, что он видит свет с длиной волны около 1050 при низком уровне энергии лазера.
«Бывает, что такое излучение можно увидеть невооружённым глазом», — утверждает Палчевский в пресс-релизе.
Вместе со своими коллегами фармаколог выступил в роли ведущего автора нового исследования. Чтобы проверить, является ли чувствительность к инфракрасному свету уникальной для некоторых людей или же она встречается довольно часто,
Палчевский решил провести эксперимент. Он пригласил в свою лабораторию 30 здоровых добровольцев, которым провёл сканирование сетчатки пучком света низкого уровня энергии. Длина волны света периодически изменялась. Когда длина волны была доведена до уровня инфракрасного излучения, участники поначалу не видели света, но затем стали сообщать о том, что видят пучок.Длина волны на тот момент составляла более 1000 нанометров.
Это феноменальное явление оказалось присуще людям в целом, и Палчевский задался вопросом: как человек может видеть свет, который в принципе считается незримым? Существует две возможные гипотезы, которые способны объяснить этот феномен.
Первая из них предполагает, что свет с большой длиной волны попадает на коллагеновые волокна соединительной ткани глаза, тогда небольшое количество энергии излучения превращается в фотоны с длиной волны около половины длины волны первичного света. Это явление называется генерацией второй гармоники (ГВГ). Сетчатка затем детектирует этот видимый свет и заставляет мозг думать, что он пришел прямо из источника.
Вторая гипотеза гласит, что «инфракрасное зрение» является результатом явления, известного как двухфотонная изомеризация. Молекулы фоторецепторов в глазу поглощают энергию отдельных фотонов в обычном видимом диапазоне. Это побуждает молекулы изменить свою форму и вызвать цепь событий, которая позволяет нам видеть незримое излучение.
Но если два фотона, несущие каждый по половине энергии — и, следовательно, вдвое меньшую длину волны — попадают в глаз одновременно, то их энергии суммируются и, возможно, вызывают такую же изомеризацию, как и единичный «видимый» фотон.
Для проверки первой гипотезы Палчевский и его команда удалили коллаген из сетчатки глаза мыши и измерили реакцию животных на свет различных длин волн. Но сетчатка мыши среагировала на 1000-нанометровый лазерый так же, как и сетчатка человека с присутствующим коллагеном. Эти результаты позволили предположить, что генерация второй оптической гармоники в данном случае роли не играет.
Другое доказательство неверности первой гипотезы обнаружилось в ходе дополнителного опыта на мышах. Исследователи взяли кристаллы фоторецепторов белка родопсина у мышей и подвергли их воздействию инфракрасного излучения. Под светом с длиной волны в 1000 нанометров кристаллы изменили свой цвет с красного на жёлтый.
Если бы ГВГ была причиной изменения цвета, то спектр света, излучаемый кристаллами родопсина, имел бы характерный отпечаток, но ничего подобного исследователи не увидели.
Учёные пока не имеют экспериментальных доказательств в пользу второй гипотезы, утверждающей, что инфракрасное зрение объясняется двухфотонной изомеризацией. Тем не менее, компьютерное моделирование показало, что именно такое объяснение является пока единственно верным.
Квантово-химические расчёты демонстрируют, что родопсин может поглотить два низкоэнергетических фотона. При этом возбуждённое состояние двух фотонов в момент столкновения будет таким же, что и при попадании на белок глаза одного фотона видимого света.
Те же расчёты показывают, что двойная абсорбция должна достичь своего пика между 1000 и 1100 нанометрами, а это полностью согласуется с экспериментальными наблюдениями.
Человеческий глаз способен видеть инфракрасные лучи
Резюме. Сетчатка глаза все-таки способна к восприятию инфракрасного света
Считается, что глаз человека не способен воспринимать инфракрасные лучи, ведь они, так же, как и рентгеновское излучение и радиоволны, не входят в спектр видимого излучения. Однако международная команда исследователей из США, Польши, Швейцарии и Норвегии под руководством коллег из Медицинской школы Университета Вашингтона в Сент-Луисе (Washington University School of Medicine in St. Louis), США, в ходе новой работы получила доказательства того, что в определенных условиях сетчатка глаза все-таки способна к восприятию инфракрасного света. Результаты исследования представлены онлайн в журнале «Proceedings of the National Academy of Sciences».
Идея о проведении подобного исследования появилась у ученых после того, как многие специалисты, работающие с инфракрасными лазерами, заявляли о возникновении зеленых вспышек перед глазами во время эксплуатации оборудования. В отличие от лазерной указки, которая часто используется при проведении лекций, лазер, с которым работали специалисты, испускает лучи, которые полностью находятся в невидимом спектре, и потому возникновение зрительных ощущений при работе с ним вызвало множество вопросов. Ученые проанализировали научную литературу, просмотрели все отчеты, в которых сообщалось о визуальном восприятии инфракрасных лучей, и попробовали повторить некоторые из них.
В ходе данной работы исследователи использовали клетки сетчатки глаз лабораторных мышей и человека, на которые воздействовали инфракрасным излучением, генерируемым мощным лазером. Они экспериментировали с различной продолжительностью импульсов, которые переносили одинаковое количество фотонов, и выявили, что чем короче излучение, тем больше вероятность того, что человек его увидит. Исследователи обратили внимание, что если лучи, посылаемые в пульсовом режиме, следовали очень быстро друг за другом, на сетчатку попадало удвоенное количество энергии, и глаз был способен воспринимать инфракрасное излучение как видимое. Несмотря на то что в ходе экспериментов интервалы между импульсами подчас были настолько незначительны, что их невозможно было определить невооруженным глазом, их наличие было принципиально важным, поскольку позволяло получить зрительные образы.
Известно, что, попадая на сетчатку глаза, фотон — элементарная частица света — поглощается фотопигментами, причем один фотон абсорбируется одним фотопигментом. Поглощенный свет преобразуется в нервный импульс и по проводящей системе поступает в соответствующие зоны головного мозга для построения зрительного образа. Однако одномоментное импульсное поступление большого количества фотонов, вероятно, делает возможным поглощение одним фотопигментом нескольких элементарных частиц, а их общей энергии достаточно для того, чтобы образовался нервный импульс, и человек увидел то, что в обычных условиях находится за границами видимого спектра.
Объясняя полученные наблюдения, ученые отметили, что спектр видимого излучения включает электромагнитные волны с длиной волны 400–720 нм, однако если молекула пигмента практически одномоментно абсорбирует несколько фотонов с длиной волны 1000 нм, она получает столько же энергии, сколько при поглощении частицы с длиной волны 500 нм, которая находится в пределах видимого спектра.
Несмотря на то что в ходе данной работы впервые была доказана способность человеческого глаза воспринимать инфракрасные лучи с помощью вышеописанного механизма, идея использования лазеров для того, чтобы увидеть то, что невозможно заметить невооруженным глазом, не нова. Например, в двухфотонном микроскопе используется лазер для определения флуоресцирующих молекул, находящихся в глубине ткани. Руководитель исследования доктор Владимир Дж. Кефалов (Vladimir J. Kefalov) отметил, что проведенные эксперименты преследуют цель разработки нового диагностического оборудования, позволяющего специалистам не только осматривать глаза, но и, стимулируя отдельные специфичные участки сетчатки, давать оценку его функциональным возможностям. Он надеется, что полученные результаты найдут практическое применение в медицинской практике.