Mitä muurahaiset näkevät?

Muut vastaukset siihen, että tarvitaan suurta optiikkaa nähdäksesi yksityiskohtia, ovat todellakin totta tavanomaisille kuvantamisoptiikoille, jotka tunnistavat sähkömagneettinen kaukakenttä tai säteilykenttä ie jonka Fourier-komponentti taajuudella $ \ omega $ voidaan esittää lineaarisella tasoaaltojen superpositiolla reaaliarvoisilla aaltovektoreilla $ (k_x , \, k_y, \, k_z) $ ja $ k_x ^ 2 + k_y ^ 2 + k_z ^ 2 = k ^ 2 = \ omega ^ 2 / c ^ 2 $. Tätä kenttää Abbe-diffraktioraja koskee ja rajoittaa ”silmät”, kuten omamme, joka koostuu kuvantamisoptiikasta ja verkkokalvoista tai jopa yhdistetyistä silmistä, kuten muurahainen.

Tämä ei kuitenkaan ole koko sähkömagneettinen kenttä: hyvin lähellä sen kanssa vuorovaikutuksessa olevia esineitä sähkömagneettinen kenttä sisältää lähikentän tai evanensoivan kentän komponentit . Nämä ovat yleisiä tasoaaltoja, joille:

1. Aaltovektorin komponentti jossain suunnassa $ k_ \ suuntainen $ on suurempi kuin aallonumero $ k $ ja voi siten koodata spatiaalisia variaatioita, jotka ovat mahdollisesti paljon pienempiä kuin aallonpituus;

2. Aaltovektorin $ k_ \ perp $ komponentin, joka on kohtisuorassa tähän suuntaan, on oltava kuvitteellinen , niin että $ k_ \ parallel ^ 2 + k_ \ perp ^ 2 = k ^ 2 $ voidaan täyttää.

Joten tällaiset kentät hajoavat eksponentiaalisesti etäisyydellä häiriöstä sähkömagneettiseen kenttään, joka synnyttää ne, eivätkä siten normaalisti voi vaikuttaa kuvantamisjärjestelmän muodostamaan kuvaan.

Jos pystyt kuitenkin tuomaan kuvakennosi riittävän lähelle häiriötä, voit silti rekisteröidä aallonpituutta pienemmissä haihtuvissa komponenteissa koodatut yksityiskohdat. Tämä on skannauksen lähikentän optisen mikroskoopin periaate.

Lähikentän optinen mikroskooppianturi voi todellakin olla erittäin pieni, joten bakteeri kokoinen elämänmuoto voisi rekisteröidä aallonpituuden alapuoliset tiedot ympäröivässä maailmassa muutamalla molekyylillä rakennettujen reseptorien kanssa niin kauan kuin elämänmuoto oli riittävän lähellä kyseistä yksityiskohtaa. Huomaa, että kun $ k_ \ parallel > k $, kentät hajoavat kuten $ exp (- \ sqrt {k_ \ parallel ^ 2-k ^ 2} z) $ ja etäisyys nousee $ z $ heidän lähteistään. Joten on kompromissi sen välillä, kuinka paljon hienompaa kuin aallonpituus voimme nähdä tällaisella anturilla, ja kuinka lähellä lähdettä meidän on oltava nähdäksesi sen. Jos haluamme nähdä ominaisuuksia, jotka ovat kymmenesosa näkyvän valon aallonpituudesta, niin $ k \ noin 12 {\ rm \ mu m ^ {- 1}} $ ja $ k_ \ rinnakkain \ noin 120 {\ rm \ mu m ^ { -1}} $, niin että lähikentän amplitudi hajoaa kertoimella $ e $ kutakin aallonpituuden sadasosaa kohden, joka on kaukana lähteestä, jonka ilmaisin on. Täten menetämme noin 10 dB: n signaali-kohinasuhteen jokaista sadasosaa kohti aallonpituuden etäisyydeltä, joka erottaa ilmaisimen ja lähteen. Joten tällaisten hienojen yksityiskohtien (50 nm: n rakenteiden) havaitseminen mikronin päästä tarvitsisi erittäin voimakkaita valonlähteitä, jotta ilmaisimilla olisi erittäin puhdas signaali.

Edellä on tietysti äärimmäinen esimerkki, mutta Jos olet bakteerikokoinen elämänmuoto, joka havaitsee kentän suoraan hienosäteisesti sijoitettujen molekyyliantureiden avulla, saatat pystyä ”näkemään” maailman aallonpituuden piirteet välittömässä läheisyydessäsi. Lisäksi on mahdollista kuvitella pieni olento ”tuntee” naapurustonsa käyttämällä molekyyli atomivoimamikroskooppeja .

Joten, kyllä, jos otat mukaan kaiken fysiikan ja otat huomioon varauksen, jonka mukaan sinun on noustava todella lähelle havaittuja esineitä, bakteerikokoinen elämänmuoto voisi nähdä alla olevan aallonpituuden yksityiskohdat välittömässä läheisyydessä naapuruston, ehkä jopa yksittäisten atomien, jos sisällytämme atomivoiman tunnistamisen.

Tietenkin kaikkien signaalinkäsittelyn ”aivojen” pakkaaminen näiden tietojen ymmärtämiseen tarvittavaan elämänmuotoon voi olla kokonaan toinen asia.

Muurahaisilla on vain matalan resoluution silmät, lukuun ottamatta kolmea ocelli – yksinkertaista silmää – jotka havaitsevat vain kokonaisvalon tason ja polarisaation, katso

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

Heidän kykynsä nähdä yksityiskohtia – pieniä esineitä ja niiden ominaisuuksia – on paljon huonompi kuin meidän kaltaisilla selkärankaisilla. Ehdotus siitä, että eläimet – varsinkin alkeelliset eläimet kuin muurahaiset – voisivat nähdä bakteereja, on turhaa.

Näkyvän valon aallonpituus on noin puoli mikronia – mikä on myös monien bakteerien koko. Joten et näe mitään bakteerien sisällä näkyvällä valolla, edes huipputeknologialla. Jos haluat nähdä yksityiskohtaisempia esineitä, sinun on vaihdettava röntgensäteisiin tai elektroneihin ja luotava parempia mikroskooppeja.

On vielä epärealistisempaa ehdottaa, että joku – tai jopa muurahainen – näkisi atomin (joka on 10000 kertaa pienempi kuin bakteeri) näkyvän valon kautta.

Et voi vain skaalata asioita ja Maailma ei ole invariantti skaalamuutosten alla, sanomme. Eri pituusskaalat näkevät erilaisia fyysisiä ilmiöitä ja erilaisia fyysisiä esineitä. Tietyn tyyppisellä atomilla on aina sama koko ja et voi suurentaa sitä. Lisäksi et edes tehnyt skaalausta oikein, koska et skaalannut valon aallonpituutta. Yksityiskohtaisen tarkkuuden omaava visio vaatii myös joitain ”riittävän suuria piirejä” käsittelemään tietoja jne.

Muuten, tämä pätee myös kiihdyttimiin. LHC on paras ”mikroskooppimme”, joka pystyy näkemään alle 10 $ ^ {- 19} $ metriä matkan etäisyydet, mutta se vaatii tunneleita, joissa on parhaat 27 kilometrin pituiset magneetit. Niin pienet kuin muurahaiset esineet eivät näe tällä hyvällä tarkkuudella, ja vaikka pystyisivätkin, he eivät pystyisi käsittelemään sitä valtavaa määrää tietoa, jota heidän silmänsä antaisivat heille.

Riittävän suuret eläimet – esimerkiksi nisäkkäät – näe maailmaa aivan kuten me. Värien välillä, joille eri nisäkkäät ovat herkkiä, on tunnettuja eroja. Koirat ovat esimerkiksi osittain värisokeita verrattuna siihen, mitä voimme tehdä.

Kommentit

• Kysyjä totesi kysymyksessä nimenomaisesti, että muurahaisiden näkeminen oli vain metafora, ja hänen kysymyksensä koski valon luonnetta. ” naurettavaa ” ei ole ehdottaa kysymystä, koska tunsit tarvetta sanoa useammin kuin kerran. On naurettavaa uhmata tämän foorumin uusia tulokkaita kysymysten esittämiseksi, kuten teit minulle juuri hetki sitten (linkki seuraa) ja tälle kysyjälle juuri nyt.
• Hyvä Olhovsky, et ’ ole oikeassa – tai mikä ’ on oikea tapa sanoa, että olet ’ väärässä vääristämättä sinua. 😉 Ajatus siitä, että bakteereja tai atomeja voidaan nähdä, on naurettavaa lähinnä ja tarkalleen koska se on ristiriidassa valon perusluonteen kanssa, nimittäin että se on valmistettu aalloista. Voidaan käyttää mitä tahansa metaforaa, mutta loppupuolella fysiikassa on sisältöä, joka ei ole metafora. Kotimaassani, joka ei ole kärjessä, sitä, että valo on aaltoja, opetetaan peruskouluissa, joten pidätän oikeuden sanoa, että ihmisillä, jotka eivät tunne tätä kohtaa, puuttuu osa peruskoulutuksesta.
• Ja jos asia koskee uusia tulokkaita, haluan sanoa, että minusta viimeaikainen huonolaatuisten kysymysten tulva on turhauttavaa. Tämän palvelimen tarkoituksena ei ole houkutella enimmäismäärää satunnaisia ” uusia tulokkaita ”, jotka kirjoittavat mielivaltaisia sanajonoja vähintään yhdellä kysymyksellä merkki. Vain muutama kuukausi sitten tämän oletettiin olevan – ja melkein käytännössä ollutkin – aito palvelin, joka voi esittää fysiikkaa koskevia kysymyksiä ja vastata niihin. – Ja kiitos, Robert, muuten.
• @ Luboš, olen samaa mieltä siitä, että kysymysten laatu on heikentynyt, mutta mielestäni ihmiset, jotka todella tietävät jonkin fysiikan, eivät esitä kysymyksiä mistä tahansa syystä. Kun uudet tulokkaat saapuvat, he löytävät heti esimerkkejä kysymyksistä, jotka näyttävät heidän mielestään typerämmiltä kuin heidän kysymyksensä, joten miksi et kysyisi sitä? Vaikeita kysymyksiä on vaikea löytää, eikä niihin todennäköisesti vastata. Jos kovia kysymyksiä oli ensisijaisesti, heikkolaatuisia kysymyksiä saatetaan lykätä.Mitä uudet tulokkaat eivät näe ’ t, joten he ’ eivät lykkää heitä, ovat vastaukset, jotka kertovat heikkolaatuisille kysymyksille, että he ’ ovat tyhmä.
• Vau, minua ei ole kutsuttu ’ tyhmäksi niin monilla mielenkiintoisilla tavoilla melko hetki. Pahoittelen, jos kysymys oli tarpeeksi esoteerinen, yritän ’ yrittää pärjätä paremmin seuraavalla kerralla, mutta kyse oli fysiikasta, se ei ollut ’ t esimerkiksi ohjelmoinnista, joten en ’ ole varma, mikä tarttuisi. Jos ajattelet kysymystä niin vähän, miksi et äänestäisi sitä ja ei vastaaisi? En myöskään ’ t ” ehdottanut ”, että atomeja voisi nähdä, kysyin , ja se on teoreettinen, ei käytännöllinen, mutta olettaen täydellisen tarkkuuden, ja käyttämällä näkyvää valoa, miltä maailma ” näyttäisi ” siinä mittakaavassa?

Muurahaismaailma on järjestetty paljon enemmän kemiallisen vastaanoton ja feromonien kuin näön avulla . Muurahaiset tuottavat joukon sellaisia kemikaaleja, jotka toimivat signaaleina. He aistivat myös muita kemikaaleja ympäristössään, ja nimellä ”superorganismi” heillä on jonkinlainen kollektiivinen kartta, kemiallinen kartta maastosta, jossa he asuvat. ovat melko pieniä. Suurimmaksi osaksi niiden tarkoituksena on havaita äkilliset valotason muutokset. Muurahainen, joka havaitsee sellaiset, saa sitten signaalin siitä, että joku saalistaja saattaa olla läsnä, joten sieltä poistuminen on kunnossa.

Joillakin baceterian lajeilla on optiivisia molekyylejä, jotka ovat fotoaktiivisia. Joten fotonien vastaanotto voi johtaa muutoksiin molekyylireitin aktiivisuudessa. Silmämme tai verkkokalvon rodopsiinimolekyylillä on kaksi konformista tilaa fotonin vastaanottamiseksi ja vastaanottamiseksi. Fotonin energia muuttaa molekyylin muotoa ja tämä sitten käynnistää GTP-molekyylireitin, joka monistuu lopulta hermoston toimintapotentiaaliksi. Rodopsiini on yksi opsiinimolekyylien muoto, joka yleisessä luokittelussa menee päällekkäin fotosynteettisten molekyylien kanssa myös joissakin bakteereissa. Basillit eivät kuitenkaan muodosta minkäänlaista kuvaa mistään.

Jotta bacillus ”näkisi” atomin, heidän on havaittava gammasäteet. Gammasäteet ovat suurelta osin biologisten järjestelmien käytettävissä olevan EM-spektrin ulkopuolella. Itse asiassa ne ovat tappavia.

kommentit

• Näen, että sinut alennettiin jälleen kerran :).
• I ’ ve on yhdistänyt tilisi kaksi esiintymää. Voit merkitä valvojan huomion, kun se tapahtuu.

Valon toimintaan asti: Kyllä, voit pienentää (pisteeseen). Olen työskennellyt ASIC: ssä (Application Specific Integrated Circuit), joka käytti 8 mikronin prosessia (Cro-magnon nykypäivän standardien mukaan) .En voinut nähdä näiden piirien yksityiskohtia lopputuotteessa (aivan liian pieni), mutta ne olivat tehty periaatteessa (yksinkertaistan huomattavasti) valon tuottamilla bittisillä valokuvakuvilla (näkyvän valon alueen ulkopuolella) .Lisäksi toisin sanoen: valolta saatavana oleva tarkennettava yksityiskohta on kaukana, FAR hienompaa kuin avuttamaton ihmissilmä voi nähdä.

Biologit väittävät, että kotkat näkevät noin 10x terävämmät yksityiskohdat kuin ihminen (ja kotkan silmä on huomattavasti pienempi kuin ihmissilmä).

Mitä minä en ” en tiedä, missä silmän fyysinen koko rajoittaa yksityiskohtia. En näe mitään syytä, miksi se ei voinut pienentyä … TODISTA. Mutta en ole biologi eikä (onneksi) muurahainen. Olisi mielenkiintoista selvittää, missä pienimmät silmämunat loppuvat ja mihin muut näkemisen laitteet ottavat vallan.

Joten esimerkkisi päästäksesi sinne, missä voit nähdä bakteereja, tarjoaa mielenkiintoisen katkaisukohdan: Teoriassa ei ole ongelma nähdä bakteeri (koko noin 1000 nm) UV-valon (ihmisen näkyvän yläpää) alaosassa, aallonpituus noin 400 nm. Mutta yksityiskohdat olisivat tietysti hieman utuisia. Bakteeri näyttäisi olevan epäselvä möykky, eikä mikään lasit auttaisi. Teoreettinen raja nykyaikaisille optisille mikroskoopeille yksityiskohtien selvittämiseksi on 200 nm (käyttäen 550 nm: n ”vihreää” valoa).