Co vidí mravenci?

Ostatní odpovědi v tom smyslu, že k zobrazení jemných detailů potřebujete velkou optiku, jsou skutečně pravdivé, platí pro konvenční zobrazovací optiku, která elektromagnetické farfield nebo radiační pole tj. to, jehož Fourierovu složku na frekvenci $ \ omega $ lze reprezentovat jako lineární superpozici rovinných vln s reálnými vlnovými vektory $ (k_x , \, k_y, \, k_z) $ s $ k_x ^ 2 + k_y ^ 2 + k_z ^ 2 = k ^ 2 = \ omega ^ 2 / c ^ 2 $. Toto je druh pole, na které se vztahuje Abbeův difrakční limit a omezuje „oči“ jako naše vlastní zahrnující zobrazovací optiku a sítnice, nebo dokonce složené oči jako oči mravenec.

Toto však není celé elektromagnetické pole: velmi blízko k objektům, které s ním interagují, zahrnuje elektromagnetické pole blízké pole nebo komponenty evanenescentního pole . Jedná se o zobecněné rovinné vlny, pro které:

1. Složka vlnového vektoru v určitém směru $ k_ \ paralelní $ je větší než vlnové číslo $ k $ a může tak kódovat prostorové variace potenciálně mnohem menší než vlnová délka;

2. Složka vlnového vektoru $ k_ \ perp $ kolmá k tomuto směru proto musí být imaginární , aby bylo možné splnit $ k_ \ paralelní ^ 2 + k_ \ perp ^ 2 = k ^ 2 $.

Taková pole se tedy exponenciálně rozpadají se vzdáleností od rušení k elektromagnetickému poli, které je zplodilo, a nemohou tedy normálně přispívat k obrazu tvořenému zobrazovacím systémem.

Pokud však dokážete své obrazové snímače přiblížit dostatečně rušivě, stále můžete zaregistrovat podrobnosti zakódované v komponentách s jemnějšími než vlnovými délkami. Toto je princip skenování optického mikroskopu Nearfield .

Čidlo optického mikroskopu pro blízké pole může být opravdu extrémně malé, takže bakterie forma života mohla zaregistrovat podrobnosti pod vlnovou délkou ve světě kolem ní s receptory postavenými z několika molekul, pokud byla forma života dostatečně blízko k dotyčným detailům. Všimněte si, že když $ k_ \ parallel > k $, pole se rozpadají jako $ exp (- \ sqrt {k_ \ paralelní ^ 2-k ^ 2} z) $ s rostoucí vzdáleností $ z $ ze svých zdrojů. Existuje tedy kompromis mezi tím, o kolik jemnější než vlnová délka vidíme s takovým senzorem, a jak blízko zdroje musíme být, abychom to viděli. Pokud chceme vidět vlastnosti jedné desetiny vlnové délky viditelného světla, pak $ k \ přibližně 12 {\ rm \ mu m ^ {- 1}} $ a $ k_ \ paralelní \ přibližně 120 {\ rm \ mu m ^ { -1}} $, takže amplituda blízkého pole klesá s faktorem $ e $ za každou setinu vlnové délky vzdálené od zdroje, kterým je detektor. Ztrácíme tedy asi 10 dB poměr signálu k šumu na každou setinu vzdálenosti vlnových délek, která odděluje detektor a zdroj. Takže cítit takové jemné detaily (50nm struktury) z mikronu daleko by vyžadovalo extrémně silné zdroje světla, aby detektory měly velmi čistý signál.

Samozřejmě, výše uvedené je extrémní příklad, ale pokud „jste forma života bakterie přímo snímající pole pomocí jemně rozmístěného pole molekulárních senzorů, můžete dobře“ vidět „rysy světa s nižší vlnovou délkou ve vašem bezprostředním sousedství. Navíc je možné si představit malé stvoření „cítící“ své okolí pomocí molekulárních mikroskopů atomových sil .

Takže, ano, pokud zahrnete veškerou fyziku a dbáte na podmínku, že se musíte dostat opravdu blízko k snímaným objektům, bylo by možné, aby forma života bakterie viděla v bezprostřední blízkosti podrobnosti o vlnové délce sousedství, možná i jednotlivé atomy, pokud zahrneme snímání atomové síly.

Samozřejmě zabalení veškerého „mozku“ zpracování signálu do formy života potřebné k pochopení těchto informací může být úplně jiná věc.

Mravenci mají pouze oči s nízkým rozlišením, kromě tří ocelí – jednoduchých očí – které detekují pouze celkovou úroveň světla a polarizaci, viz

http://en.wikipedia.org/wiki/Ant#Morphology

Jejich schopnost vidět detaily – malé předměty a jejich rysy – je mnohem horší než u obratlovců, jako jsme my. Naznačovat, že zvířata – zejména primitivní zvířata jako mravenci – mohou vidět bakterie, je nesmyslná.

Vlnová délka viditelného světla je asi půl mikronu – což je také velikost mnoha bakterií. Viditelným světlem tedy nevidíte nic uvnitř bakterií, dokonce ani nejmodernější technologií. Chcete-li vidět podrobnější objekty, musíte přepnout na rentgenové záření nebo elektrony a vytvořit lepší mikroskopy.

Je ještě nerealističtější navrhnout, aby člověk – nebo dokonce mravenec – viděl atom (který je 10 000krát menší než bakterie) prostřednictvím viditelného světla.

Nemůžete věci jen zvětšit a svět není podle transformací měřítka neměnný. Říkáme různé měřítka délky. Vidíme různé druhy fyzikálních jevů a různé fyzické objekty. Atom daného druhu má vždy stejnou velikost a nelze ho zvětšit. Navíc jste ani neprovedli správné měřítko, protože jste nezměnili vlnovou délku světla. Vize s podrobným rozlišením také vyžaduje nějaké „dostatečně velké obvody“, aby se vypořádaly s informacemi atd.

Mimochodem, toto platí i pro akcelerátory. LHC je náš nejlepší „mikroskop“, který dokáže vidět vzdálenosti menší než $ 10 ^ {- 19} $ metry – ale k tomu je zapotřebí tunelů s nejlepšími magnety dlouhými 27 kilometrů. Objekty tak malé jako mravenci s tímto dobrým rozlišením nevidí, ai kdyby mohli, nedokázali se vypořádat s obrovským množstvím informací, které by jim jejich oči poskytovaly.

Dost velká zvířata – např savci – podívejte se na svět stejně jako my. Mezi barvami, na které jsou různí savci citliví, jsou dobře známé rozdíly. Psi jsou například částečně barevně slepí, relativně k tomu, co dokážeme.

Komentáře

• Tazatel v otázce konkrétně uvedl, že vidění mravenců bylo jen metaforou a jeho otázka byla o povaze světla. Navrhovat otázku není “ ludicrous „, protože jste pociťovali potřebu uvést více než jednou. Je absurdní nadávat nováčkům na tomto fóru k pokládání otázek, jak jste udělali mi před chvílí (následuje odkaz), a právě teď k tomuto žadateli.
• Milý Olhovsky, ‚ nemáš pravdu – nebo jaký ‚ je správný způsob, jak říci, že ‚ se mýlíte, aniž byste se nadávali. 😉 Myšlenka, že lze vidět bakterie nebo atomy, je směšná hlavně a přesně , protože to odporuje základní povaze světla, totiž tomu, že je tvořeno vlnami. Lze použít jakékoli metafory, ale na samém konci má fyzika obsah, který není metaforou. V mé zemi, která není na špici, se skutečnost, že světlo je vytvářeno vlnami, vyučuje na základních školách, takže si vyhrazuji právo říci, že lidem, kteří neznají tento bod, chybí základní vzdělání.
• A pokud jde o nováčky, dovolte mi říci, že považuji nedávnou záplavu nekvalitních otázek za frustrující. Účelem tohoto serveru není přilákat maximální počet náhodných “ nováčků „, kteří píší libovolné sekvence slov s alespoň jednou otázkou označit. Jen před několika měsíci se mělo jednat – a téměř to bylo v praxi – o skutečný server, který bude klást a odpovídat na otázky týkající se fyziky lidmi, kteří nějakou fyziku skutečně znají. – A mimochodem díky, Roberte.
• @ Luboš, souhlasím s tím, že kvalita Otázek se snížila, ale myslím, že lidé, kteří skutečně znají nějakou fyziku, se Otázek neptají, ať už je to jakkoli. Když přijdou nováčci, okamžitě najdou příklady otázek, které se jim zdají hloupější než jejich otázka, tak proč se na to nezeptat? Těžké otázky se těžko hledají a je docela pravděpodobné, že na ně nebude zodpovězeno. Pokud by převládaly tvrdé otázky, mohly by být nekvalitní otázky odloženy.Co nováčci ‚ nevidí, takže je ‚ neodradí, jsou odpovědi, které sdělují nekvalitní otázky, které oni ‚ jsou hloupí.
• Páni, nebyl jsem ‚ nazýván hloupým v mnoha zajímavých ohledech celkem chvíli. Omlouvám se, pokud pro vás byla otázka dostatečně esoterická, ‚ se příště pokusím udělat lépe, ale šlo o fyziku, nebyla to ‚ například o programování, takže si ‚ nejsem jistý, jaké máte problémy. Pokud jste si o této otázce mysleli tak málo, proč ji neodmítnout a ne na ni odpovědět? Také jsem ‚ t “ nenavrhl „, že by někdo mohl vidět atomy, zeptal jsem se , a to teoretické, ne praktické, ale za předpokladu dokonalého rozlišení, pak a pomocí viditelného světla by svět vypadal “ “ v tomto měřítku?

Mravenčí svět je uspořádán mnohem více chemickým příjmem a feromony než vizí . Mravenci produkují řadu takových chemikálií, které působí jako signály. Cítí také další chemikálie ve svém prostředí, a protože se dá nazvat „superorganismem“, mají nějakou kolektivní mapu, chemickou mapu terénu, který obývají.

Mravenci mají složené oči a jsou docela malé. Jejich účelem je většinou cítit náhlé změny úrovní světla. Mravenec, který takové vnímá, pak dostane signál, že by mohl být přítomen nějaký predátor, a proto je odtamtud v pořádku.

Některé druhy baceterií mají molekuly opsinu, které jsou fotoaktivní. Takže příjem fotonů může vést ke změnám v aktivitě molekulární dráhy. Molekula rhodopsinu v našich očích nebo na sítnici má dva konformní stavy pro příjem a nepřijetí fotonu. Energie fotonu mění tvar molekuly a ta pak působí tak, že iniciuje molekulární dráhu GTP, která je nakonec zesílena na neurální akční potenciál. Rhodopsin je jednou z forem opsinových molekul, které se ve své obecné klasifikaci překrývají s fotosyntetickými molekulami i v některých bakteriích. Bacily však netvoří žádný obraz ničeho.

Aby mohl bacil „vidět“ atom, potřeboval by detekovat paprsky gama. Gama paprsky jsou z velké části mimo EM spektrum dostupné biologickým systémům. Ve skutečnosti jsou smrtelní.

Komentáře

• Vidím, že jste byli opět degradováni :).
• I ‚ ve sloučil dvě instance vašich účtů. Když k tomu dojde, můžete nahlásit pozornost moderátora.

Pokud jde o funkci světla: Ano, můžete zmenšit (do bodu). Pracoval jsem na ASIC (Application Specific Integrated Circuit), který používal 8 mikronový proces (podle dnešních standardů Cro-magnon). Neviděl jsem detail těchto obvodů v hotovém produktu (příliš malý), ale byly to vytvořeno v zásadě (velmi zjednodušuji) s jeho bitsy fotografickými obrazy produkovanými světlem (mimo rozsah viditelného světla). Jinými slovy: rozlišitelný detail dostupný ze světla je daleko, FAR jemnější než lidské oko bez pomoci vidí.

Biologové tvrdí, že orli vidí asi 10krát ostřejší detaily než člověk (a orlí oko je znatelně menší než lidské oko).

Co neudělám “ Nevím, kde fyzická velikost oka omezuje detaily. Nevidím důvod, proč by to nemohlo „zmenšit… CESTA dolů. Ale nejsem biolog a (naštěstí) ani mravenec. Bylo by zajímavé zjistit, kde končí nejmenší oční bulvy a kde převládají ostatní vidící aparáty.

Takže váš příklad, jak se dostat dolů, kde byste mohli vidět bakterie, představuje zajímavý bod zlomu: Teoreticky neexistuje problém vidět bakterii (velikost asi 1000 nm) na dolním konci UV (horní konec viditelného člověka), vlnová délka asi 400 nm. Ale detaily by očividně byly trochu mlhavé. Bakterie by vypadala jako rozmazaná skvrna a žádné brýle by nepomohly. Teoretický limit pro rozlišení detailů u moderních optických mikroskopů je 200 nm (při použití 550 nm „zeleného“ světla).