Was sehen Ameisen?

Die anderen Antworten auf den Effekt, dass man eine große Optik benötigt, um feine Details zu sehen, gelten in der Tat für herkömmliche Bildgebungsoptiken, die das erfassen elektromagnetisches Fernfeld oder Strahlungsfeld dh das, dessen Fourier-Komponente bei der Frequenz $ \ omega $ als lineare Überlagerung ebener Wellen mit reellen Wellenvektoren $ (k_x) dargestellt werden kann , \, k_y, \, k_z) $ mit $ k_x ^ 2 + k_y ^ 2 + k_z ^ 2 = k ^ 2 = \ omega ^ 2 / c ^ 2 $. Dies ist die Art von Feld, für die die Abbe-Beugungsgrenze gilt und die „Augen“ wie unsere begrenzt, einschließlich Bildgebungsoptik und Netzhaut, oder sogar zusammengesetzte Augen wie die von eine Ameise.

Dies ist jedoch nicht das gesamte elektromagnetische Feld: Ganz in der Nähe der Objekte, die mit ihm interagieren, enthält das elektromagnetische Feld Nahfeld- oder evaneneszierende Feldkomponenten . Dies sind verallgemeinerte ebene Wellen, für die:

1. Die Komponente des Wellenvektors in einer Richtung $ k_ \ parallel $ ist größer als die Wellenzahl $ k $ und kann somit räumliche Variationen codieren, die möglicherweise viel kleiner als eine Wellenlänge sind;

2. Die Komponente des Wellenvektors $ k_ \ perp $ orthogonal zu dieser Richtung muss daher imaginär , so dass $ k_ \ parallel ^ 2 + k_ \ perp ^ 2 = k ^ 2 $ erfüllt werden kann.

Solche Felder fallen also exponentiell mit dem Abstand von der Störung zu dem elektromagnetischen Feld ab, das sie erzeugt, und können daher normalerweise nicht zu einem von einem Bildgebungssystem erzeugten Bild beitragen.

Wenn Sie Ihre Bildsensoren jedoch nahe genug an die Störung bringen können, können Sie dennoch die Details registrieren, die in den evaneszenten Komponenten mit einer feineren Wellenlänge codiert sind. Dies ist das Prinzip des Rasteroptischen Nahfeldmikroskops .

Der optische Nahfeldmikroskopsensor kann in der Tat extrem klein sein, so dass ein Bakterium entsteht Eine Lebensform mit einer Größe könnte Details in der Welt um sie herum mit Rezeptoren registrieren, die aus wenigen Molekülen aufgebaut sind, solange die Lebensform nahe genug an dem fraglichen Detail liegt. Beachten Sie, dass bei $ k_ \ parallel > k $ die Felder wie $ exp (- \ sqrt {k_ \ parallel ^ 2-k ^ 2} z) $ mit steigender Entfernung zerfallen $ z $ aus ihren Quellen. Es gibt also einen Kompromiss zwischen der Feinheit einer Wellenlänge, die wir mit einem solchen Sensor sehen können, und der Nähe zur Quelle, die wir benötigen, um sie zu sehen. Wenn wir Merkmale sehen wollen, die ein Zehntel der Wellenlänge des sichtbaren Lichts betragen, dann sind $ k \ ca. 12 {\ rm \ mu m ^ {- 1}} $ und $ k_ \ parallel \ ca. 120 {\ rm \ mu m ^ { -1}} $, so dass die Amplitude des Nahfelds für jedes Hundertstel einer Wellenlänge, die von der Quelle des Detektors entfernt ist, um einen Faktor von $ e $ abfällt. Somit verlieren wir ungefähr 10 dB Signal-Rausch-Verhältnis für jedes Hundertstel einer Wellenlängenentfernung, die den Detektor und die Quelle trennt. Um solch feine Details (50-nm-Strukturen) von einem Mikrometer entfernt zu erfassen, wären extrem starke Lichtquellen erforderlich, damit die Detektoren ein sehr sauberes Signal haben.

Natürlich ist das Obige ein extremes Beispiel, aber Wenn Sie eine bakteriengroße Lebensform sind, die das Feld mithilfe einer fein beabstandeten Anordnung molekularer Sensoren direkt erfasst, können Sie möglicherweise Merkmale der Welt unterhalb der Wellenlänge in Ihrer unmittelbaren Nachbarschaft „sehen“. Darüber hinaus ist es möglich, sich dies vorzustellen Eine winzige Kreatur „fühlt“ ihre Nachbarschaft mit molekularen Rasterkraftmikroskopen .

Also, ja, wenn Sie die gesamte Physik einbeziehen und die Maßgabe beachten, dass Sie den wahrgenommenen Objekten wirklich nahe kommen müssen, kann eine bakteriengroße Lebensform unmittelbar Details unterhalb der Wellenlänge erkennen Nachbarschaft, vielleicht sogar einzelne Atome, wenn wir die Atomkraftmessung einbeziehen.

Natürlich könnte es eine ganz andere Sache sein, das gesamte „Gehirn“ der Signalverarbeitung in die Lebensform zu packen, die zum Verständnis dieser Informationen erforderlich ist.

Ameisen haben nur niedrig aufgelöste Augen, abgesehen von drei Ocelli – einfachen Augen -, die nur ein Gesamtlichtniveau und eine Polarisation erfassen, siehe

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

Ihre Fähigkeit, Details zu sehen – kleine Objekte und ihre Merkmale – ist viel schlechter als bei Wirbeltieren wie uns. Zu behaupten, dass Tiere – insbesondere so primitive Tiere wie Ameisen – Bakterien sehen könnten, ist absurd.

Die Wellenlänge des sichtbaren Lichts beträgt etwa ein halbes Mikron – was auch der Größe vieler Bakterien entspricht. Sie können also mit sichtbarem Licht nichts in Bakterien sehen, auch nicht mit modernster Technologie. Um detailliertere Objekte zu sehen, müssen Sie auf Röntgenstrahlen oder Elektronen umschalten und bessere Mikroskope erstellen.

Es ist noch unrealistischer zu behaupten, dass man – oder sogar eine Ameise – ein Atom (das 10.000-mal kleiner als ein Bakterium ist) durch sichtbares Licht sehen könnte.

Sie können die Dinge nicht einfach vergrößern und skalieren Die Welt ist bei Skalentransformationen nicht invariant, sagen wir. Unterschiedliche Längenskalen sehen unterschiedliche Arten physikalischer Phänomene und unterschiedliche physikalische Objekte. Das Atom einer bestimmten Art hat immer die gleiche Größe und kann nicht vergrößert werden. Außerdem haben Sie die Skalierung nicht einmal richtig durchgeführt, weil Sie die Wellenlänge des Lichts nicht skaliert haben. Außerdem erfordert das Sehen mit detaillierter Auflösung einige „ausreichend große Schaltkreise“, um mit den Informationen usw. umzugehen.

Dies gilt übrigens auch für Beschleuniger. Der LHC ist unser bestes „Mikroskop“, das Entfernungen von weniger als 10 ^ {- 19} $ Metern erkennen kann. Dazu sind jedoch Tunnel mit den besten Magneten erforderlich, die 27 Kilometer lang sind. Objekte, die so klein wie Ameisen sind, können mit dieser guten Auflösung nicht sehen, und selbst wenn sie könnten, könnten sie nicht mit der riesigen Menge an Informationen umgehen, die ihre Augen ihnen geben würden.

Groß genug Tiere – z.B Säugetiere – sehen Sie die Welt so wie wir. Es gibt bekannte Unterschiede zwischen den Farben, für die verschiedene Säugetiere empfindlich sind. Hunde sind zum Beispiel teilweise farbenblind, relativ zu dem, was wir tun können.

Kommentare

• Der Fragesteller hat in der Frage ausdrücklich angegeben, dass die Die Vision von Ameisen war nur eine Metapher, und seine Frage betraf die Natur des Lichts. Es ist nicht “ lächerlich „, die Frage vorzuschlagen, da Sie das Bedürfnis hatten, mehr als einmal zu sagen. Es ist lächerlich, Neulinge in diesem Forum zu beschimpfen, weil sie Fragen gestellt haben, wie , die Sie mir vor einem Moment angetan haben (Link folgt), und diesem Fragesteller gerade.
• Lieber Olhovsky, Sie ‚ haben nicht Recht – oder ‚ ist die richtige Art zu sagen, dass Sie ‚ liegt falsch, ohne dich zu beschimpfen. 😉 Die Vorstellung, dass man Bakterien oder Atome sehen kann, ist hauptsächlich und genau lächerlich, weil sie der grundlegenden Natur des Lichts widerspricht, nämlich dass es aus Wellen besteht. Man kann beliebige Metaphern verwenden, aber am Ende hat die Physik einen Inhalt, der keine Metapher ist. In meinem Land, das nicht auf dem neuesten Stand ist, wird die Tatsache, dass das Licht aus Wellen besteht, an Grundschulen unterrichtet, daher behalte ich mir das Recht vor zu sagen, dass Menschen, die mit diesem Punkt nicht vertraut sind, keine Grundbildung haben.
• Und wenn es um Neuankömmlinge geht, lassen Sie mich sagen, dass ich die jüngste Flut von Fragen von geringer Qualität in der Tat frustrierend finde. Der Zweck dieses Servers besteht nicht darin, eine maximale Anzahl zufälliger “ Neuankömmlinge “ anzuziehen, die beliebige Wortfolgen mit mindestens einer Frage schreiben Kennzeichen. Noch vor wenigen Monaten sollte und sollte dies ein echter Server sein, auf dem Menschen, die sich mit Physik auskennen, Fragen zur Physik stellen und beantworten können. – Und danke, Robert übrigens.
• @ Luboš, ich stimme zu, dass die Qualität der Fragen abgenommen hat, aber ich denke, dass Leute, die tatsächlich etwas Physik kennen, aus welchen Gründen auch immer keine Fragen stellen. Wenn Neuankömmlinge ankommen, finden sie sofort Beispiele für Fragen, die ihnen dümmer erscheinen als ihre Frage. Warum also nicht fragen? Die schwierigen Fragen sind schwer zu finden und werden wahrscheinlich nicht beantwortet. Wenn es vorwiegend schwierige Fragen gibt, werden die Fragen von geringer Qualität möglicherweise verschoben.Was Neulinge ‚ nicht sehen, damit sie ‚ nicht von ihnen abgeschreckt werden, sind die Antworten, die den Fragen von geringer Qualität sagen, dass Sie ‚ sind dumm.
• Wow, ich habe ‚ auf so viele interessante Arten nicht als dumm bezeichnet längere Zeit. Ich entschuldige mich, wenn die Frage für Sie esoterisch genug war. Ich ‚ werde versuchen, es beim nächsten Mal besser zu machen, aber es ging um Physik, es war nicht ‚ Zum Beispiel geht es nicht um Programmierung, also bin ich mir ‚ nicht sicher, was Ihre Beschwerde ist. Wenn Sie so wenig über die Frage nachgedacht haben, warum nicht abstimmen und nicht beantworten? Außerdem habe ich nicht ‚ t “ “ vorgeschlagen, dass man Atome sehen könnte, fragte ich und es ist theoretisch, nicht praktisch, aber unter der Annahme einer perfekten Auflösung und unter Verwendung von sichtbarem Licht, wie würde die Welt “ “ aussehen auf dieser Skala?

Die Ameisenwelt ist weit mehr nach chemischer Rezeption und Pheromonen als nach Vision geordnet . Ameisen produzieren eine Reihe solcher Chemikalien, die als Signale wirken. Sie spüren auch andere Chemikalien in ihrer Umgebung und haben als „Superorganismus“ eine kollektive Karte, eine chemische Karte des Geländes, in dem sie leben.

Ameisen haben Facettenaugen und sie sind ziemlich klein. Zum größten Teil besteht ihr Zweck darin, plötzliche Änderungen der Lichtverhältnisse zu erfassen. Eine Ameise, die dies wahrnimmt, erhält dann ein Signal, dass ein Raubtier anwesend sein könnte, und daher ist es angebracht, dort herauszukommen.

Einige Arten von Baceteria haben Opsinmoleküle, die photoaktiv sind. Der Empfang von Photonen kann also zu Änderungen der Aktivität des molekularen Signalwegs führen. Das Rhodopsinmolekül in unseren Augen oder in der Netzhaut hat zwei konforme Zustände für den Empfang und die Nichtrezeption eines Photons. Die Energie des Photons verändert die Form des Moleküls und initiiert dann einen GTP-Molekülweg, der letztendlich zu einem neuronalen Aktionspotential verstärkt wird. Rhodopsin ist eine Form von Opsinmolekülen, die sich in ihrer allgemeinen Klassifizierung auch bei einigen Bakterien mit photosynthetischen Molekülen überschneiden. Die Bazillen bilden jedoch keinerlei Bild von irgendetwas.

Damit ein Bazillus ein Atom „sehen“ kann, müsste er Gammastrahlen erfassen. Gammastrahlen liegen weitgehend außerhalb des EM-Spektrums, das biologischen Systemen zur Verfügung steht. Tatsächlich sind sie tödlich.

Kommentare

• Ich sehe, Sie wurden erneut herabgestuft :).
• I ‚ ve hat die beiden Instanzen Ihrer Konten zusammengeführt. In diesem Fall können Sie die Aufmerksamkeit des Moderators auf sich ziehen.

Was die Funktion des Lichts betrifft: Ja, Sie können verkleinern (bis zu einem Punkt). Ich habe an einem ASIC (Application Specific Integrated Circuit) gearbeitet, der ein 8-Mikron-Verfahren (nach heutigen Maßstäben Cro-Magnon) verwendete. Ich konnte die Details dieser Schaltkreise im fertigen Produkt (viel zu klein) nicht sehen, ABER sie waren es Im Grunde genommen (ich vereinfache es stark) mit seinen kleinen fotografischen Bildern, die durch Licht erzeugt werden (außerhalb des Bereichs des sichtbaren Lichts). Anders ausgedrückt: Das auflösbare Detail, das aus dem Licht verfügbar ist, ist weitaus feiner als das menschliche Auge ohne Hilfe kann sehen.

Biologen behaupten, dass Adler etwa 10x schärfere Details sehen können als ein Mensch (und das Auge eines Adlers ist merklich kleiner als ein menschliches Auge).

Was ich anziehe Ich weiß nicht, wo die physische Größe des Auges Details einschränkt. Ich sehe keinen Grund, warum es nicht verkleinert werden konnte … WEG nach unten. Aber ich bin kein Biologe und (zum Glück) keine Ameise. Es wäre interessant herauszufinden, wo die kleinsten Augäpfel enden und wo andere Sehgeräte die Kontrolle übernehmen.

Ihr Beispiel, wo Sie Bakterien sehen können, bietet also einen interessanten Bruchpunkt: Theoretisch gibt es keinen Problem beim Sehen eines Bakteriums (Größe ca. 1000 nm) am unteren Ende des UV-Lichts (oberes Ende des vom Menschen sichtbaren) Lichts, Wellenlänge ca. 400 nm. Aber Details wären offensichtlich etwas verschwommen. Das Bakterium würde als verschwommener Fleck erscheinen, und keine Brille würde helfen. Die theoretische Grenze für moderne optische Mikroskope zur Auflösung von Details liegt bei 200 nm (unter Verwendung von 550 nm „grünem“ Licht).