今日私の庭でアリを見た後、この非常に明るいデモンストレーション、私は彼らが何を見るのか疑問に思いました。特にアリではなく（視力がかなり悪いことは理解しています）、同様に小さい、またはさらに小さい生き物です。
光の性質と、非常に小さな表面で光子がどのように反射されるかについてもっと質問していると思います。 。たとえば、視覚を持ったアリのような非常に小さな生き物は、単一のe。coliバクテリアやウイルスと同じくらい小さいものを見ることができますか？彼らの世界は私たちと同じように「見えます」か、それとも視聴者は親戚ですか？サイズは彼らの知覚の質に関係がありますか？
さらに現実の領域を超えて、もし私がバクテリアのサイズに自分自身を縮小することができれば、私は原子を見ることができますか？
コメント
- 不幸な自然の法則の1つは、より詳細に見るには、必然的に、より大きく、より複雑な光学系が必要になるということです。
- @MartinBeckettこれは遠方界を見る光学系には当てはまりますが、エバネセント場を含めると、可能性が完全に変わります。私の答えを参照してください。
- サム、素晴らしく想像力豊かなqちなみにuestion。そして、私は'それが'あなたがより大きく必要とすることをよりよく見るほど単純であるとは信じていません。
回答
細部を見るには大きな光学系が必要であるという効果に対する他の回答は、実際に当てはまります。電磁遠方界または放射場すなわち周波数$ \ omega $でのフーリエ成分は、実数値の波数ベクトル$（k_xと平面波の線形重ね合わせとして表すことができます。 、\、k_y、\、k_z）$ with $ k_x ^ 2 + k_y ^ 2 + k_z ^ 2 = k ^ 2 = \ omega ^ 2 / c ^ 2 $。これは、アッベ回折限界が適用される種類のフィールドであり、イメージング光学系と網膜を含む私たち自身のような「目」、またはアリ。
ただし、これは電磁界全体ではありません。電磁界と相互作用するオブジェクトに非常に近いため、電磁界には近接電磁界またはエバネセント電磁界成分が含まれます。これらは一般化された平面波であり、次のようなものがあります。
-
ある方向の波数ベクトルの成分$ k_ \ parallel $が波数$ k $よりも大きいしたがって、波長よりもはるかに小さい可能性のある空間変動をエンコードできます。
-
したがって、この方向に直交する波数ベクトル$ k_ \ perp $の成分は、虚数、$ k_ \ parallel ^ 2 + k_ \ perp ^ 2 = k ^ 2 $が満たされるようにします。
したがって、そのような場は、外乱からそれらを生んだ電磁界までの距離とともに指数関数的に減衰するため、通常、イメージングシステムによって形成される画像に寄与することはできません。
ただし、イメージセンサーを外乱に十分に近づけることができれば、波長よりも細かいエバネセントコンポーネントにエンコードされた詳細を登録できます。これが走査型近接場光学顕微鏡の原理です。
近接場光学顕微鏡センサーは実際に非常に小さいため、細菌が発生する可能性があります。サイズの生命体は、生命体が問題の細部に十分に近い限り、その周りの世界の波長以下の詳細を、いくつかの分子で構築された受容体に登録することができます。 $ k_ \ parallel > k $の場合、フィールドは距離の上昇とともに$ exp（-\ sqrt {k_ \ parallel ^ 2-k ^ 2} z）$のように減衰することに注意してください。それらのソースからの$ z $。したがって、このようなセンサーで見ることができる波長よりもどれだけ細かいかと、それを見るには光源にどれだけ近いかというトレードオフがあります。可視光の波長の10分の1の特徴を確認したい場合は、$ k \約12 {\ rm \ mu m ^ {-1}} $および$ k_ \ parallel \ approx 120 {\ rm \ mu m ^ { -1}} $であるため、検出器が光源から離れた波長の100分の1ごとに、近距離場の振幅が$ e $の係数で減衰します。したがって、検出器と光源を分離する波長距離の100分の1ごとに、約10dBの信号対雑音比が失われます。したがって、1ミクロン離れた場所からこのような詳細（50 nm構造）を感知するには、非常に強力な光源が必要であり、検出器は非常にクリーンな信号を受け取ります。
もちろん、上記は極端な例ですが、分子センサーの細かく間隔を置いたアレイを使用してフィールドを直接感知するバクテリアサイズの生命体であれば、すぐ近くの世界の波長以下の特徴を「見る」ことができるかもしれません。さらに、想像することも可能です。分子原子力顕微鏡を使用してその近隣を「感じている」小さな生き物。
そうです、すべての物理学を含め、感知された物体に本当に近づかなければならないという条件に注意すれば、バクテリアサイズの生命体がそのすぐ近くで波長以下の詳細を見ることができるでしょう。原子間力センシングを含めると、近隣、おそらく個々の原子ですらあります。
もちろん、この情報を理解するために必要なすべての信号処理「脳」を生命体に詰め込むことは、まったく別の問題かもしれません。
回答
アンツには、全体的な光レベルと偏光のみを検出する3つのオセリ（単純な目）を除いて、低解像度の目しかありません。
細部（小さな物体とその特徴）を見る能力は、私たちのような脊椎動物よりもはるかに劣っています。動物（特にアリのような原始的な動物）がバクテリアを見ることができることを示唆することはばかげています。
可視光の波長は約0.5ミクロンで、これは多くのバクテリアのサイズでもあります。そのため、最先端の技術を使用しても、バクテリアの内部を可視光で見ることはできません。より詳細なオブジェクトを表示するには、X線または電子に切り替えて、より優れた顕微鏡を作成する必要があります。
可視光を通して原子（細菌の10,000分の1）を見ることができると提案するのはさらに非現実的です。
単に物事を拡大してスケール変換の下で世界は不変ではない、と私たちは言います。異なる長さのスケールは、異なる種類の物理的現象と異なる物理的オブジェクトを見ます。特定の種類の原子は常に同じサイズであり、スケールアップすることはできません。さらに、光の波長をスケーリングしなかったため、スケーリングを適切に実行しませんでした。また、詳細な解像度のビジョンには、情報などを処理するための「十分な大きさの回路」が必要です。
ちなみに、これはアクセラレータにも当てはまります。 LHCは、$ 10 ^ {-19} $メートルより短い距離を見ることができる私たちの最高の「顕微鏡」ですが、そのためには、27キロメートルの長さの最高の磁石を備えたトンネルが必要です。アリのような小さな物体は、この優れた解像度では見ることができず、たとえできたとしても、目が与える膨大な量の情報を扱うことができませんでした。
十分な大きさの動物-例：哺乳類-私たちと同じように世界を見てください。異なる哺乳類が敏感である色の間にはよく知られている違いがあります。たとえば、犬は、私たちができることと比較して、部分的に色覚異常です。
コメント
- 質問で具体的に述べたのは、アリのビジョンは単なる比喩であり、彼の質問は光の性質についてでした。質問を提案するのは" ludicrous "ではありません。これは、何度も述べる必要があると感じたためです。 あなたがほんの少し前に私にしたように（リンクが続きます）、そして今この質問者に質問をするためにこのフォーラムへの新規参入者を非難するのはばかげています。
- 親愛なるオルホフスキー、あなたは'正しくありません-または'あなたの正しい言い方は'あなたを殴らずに間違っています。 ;-)バクテリアや原子を見ることができるという考えは、光の基本的な性質、つまり波でできているという性質と矛盾するため、主に正確にばかげています。任意のメタファーを使用できますが、最終的に、物理学にはメタファーではないコンテンツがあります。 最先端ではない私の国では、光が波でできているという事実が基礎学校で教えられているので、この点に不慣れな人は基礎教育が不足していると言う権利を留保します。
- そして、問題が新参者に関するものである場合、私は最近の質の低い質問の洪水が確かに苛立たしいと感じていると言わせてください。このサーバーの目的は、少なくとも1つの質問で任意の単語シーケンスを作成するランダムな"新規参入者"の最大数を引き付けることではありません。マーク。ほんの数か月前、これは、実際にいくつかの物理学を知っている人々が物理学について質問したり回答したりするための本物のサーバーであると想定されていました。 -そして、ロバート、ありがとう。
- @Luboš、質問の質が低下したことに同意しますが、実際にいくつかの物理学を知っている人は、何らかの理由で質問をしていないと思います。新規参入者が到着すると、彼らはすぐに彼らの質問よりも愚かであると思われる質問の例を見つけます。それで、なぜそれを尋ねないのですか？難しい質問は見つけるのが難しく、答えられない可能性が非常に高いです。難しい質問が圧倒的に多い場合、質の低い質問は延期される可能性があります。新規参入者が'見えないので、'彼らに先送りされないのは、質の低い質問を伝える回答です。彼らは'愚かです。
- うわー、私は'非常に多くの興味深い方法で愚かと呼ばれていません。しばらく。質問が難解であった場合はお詫び申し上げます。次回は'もっとうまくやってみますが、それは物理学に関するもので、' tなので、'あなたの不満が何であるかわかりません。質問についてあまり考えていない場合は、投票して答えないのではないでしょうか。また、私は' "原子を見ることができると"提案しませんでした。 、そしてそれは理論的で実用的ではありませんが、完璧な解像度を想定し、可視光を使用すると、世界は"どのように見えるか"その規模で？
答え
アリの世界は、視覚よりも化学物質の受容とフェロモンによってはるかに多く秩序づけられています。アリは、信号として機能するそのような化学物質の配列を生成します。彼らはまた、環境内の他の化学物質を感知し、「超個体」と呼ばれるものとして、彼らが住む地形の集合的な地図、化学地図を持っています。
アリには複眼があり、彼らはかなり小さいです。ほとんどの場合、それらの目的は、光レベルの突然の変化を感知することです。そのようなことを感知したアリは、捕食者がいる可能性があるという合図を受け取り、そこから抜け出すのが順調です。
バクテリアのいくつかの種は、光活性であるオプシン分子を持っています。したがって、光子の受信は、分子経路の活動に変化をもたらす可能性があります。私たちの目や網膜のロドプシン分子には、光子の受容と非受容の2つの共形状態があります。光子のエネルギーが分子の形状を変化させ、これがGTP分子経路を開始するように作用し、最終的に神経活動電位に増幅されます。ロドプシンはオプシン分子の1つの形態であり、一般的な分類では、一部の細菌の光合成分子とも重複しています。ただし、桿菌はいかなる種類の画像も形成しません。
桿菌が原子を「見る」ためには、ガンマ線を検出する必要があります。ガンマ線は、生物学的システムで利用可能なEMスペクトルの大部分を超えています。実際、彼らは致命的です。
コメント
- もう一度降格されたようです：）。
- I ' veはアカウントの2つのインスタンスをマージしました。
回答
光の機能に関する限り、次のようになります。はい、（ある程度まで）縮小できます。私は8ミクロンのプロセス（今日の標準ではクロマニョン）を使用するASIC（特定用途向け集積回路）に取り組んできました。完成品ではこれらの回路の詳細を見ることができませんでした（小さすぎます）が、基本的に（私は非常に単純化しています）、光によって生成されたビッチな写真画像（可視光の範囲を超えています）で作成されています。言い換えると、光から得られる分解可能な詳細ははるかに遠く、支援されていない人間の目よりもはるかに細かいです。
生物学者は、ワシは人間の約10倍の鮮明な細部を見ることができると主張しています（そしてワシの目は人間の目よりも著しく小さいです）。
私がしないこと」目の物理的なサイズが細部を制限する場所です。縮小できなかった理由はわかりません…方法を縮小します。しかし、私は生物学者ではなく、（ありがたいことに）アリでもありません。最小の眼球がどこで終わり、他の見ている装置がどこを引き継ぐかを見つけることは興味深いでしょう。
したがって、バクテリアを見ることができる場所に降りる例は、興味深いブレークポイントを示します。理論的にはありません。 UV（人間の可視光線の上端）光の下端、波長約400 nmで細菌（サイズ約1000 nm）を見る際の問題。しかし、細部は明らかに少しかすんでいるでしょう。バクテリアはぼやけた塊のように見え、眼鏡は役に立ちません。最新の光学顕微鏡が細部を解像するための理論上の限界は200nmです（550 nmの「緑色」光を使用）。