오늘 내 정원에서 개미 몇 마리를보고 이 빛나는 시연을보고 , 나는 그들이 무엇을 보게 될지 궁금합니다. 특별히 개미는 아니지만 (그들의 시력이 상당히 나쁘다는 것을 이해합니다) 비슷하게 작거나 더 작은 생물입니다.
나는 빛의 본질과 광자가 매우 작은 표면에서 반사되는 방식에 대해 더 많이 묻고있는 것 같습니다. . 예를 들어 시력이있는 개미와 같은 아주 작은 생물이 단일 대장균 박테리아와 같은 작은 것을 볼 수 있습니까? 아니면 바이러스입니까? 그들의 세계가 우리와 똑같이 “보일”까요 아니면 시청자가 친척입니까? 크기가 인식의 질에 영향을 미칩니 까?
추가적으로 현실의 영역을 넘어서 박테리아 크기로 축소 할 수 있다면 원자를 볼 수 있을까요?
댓글
- 불행한 자연의 법칙 중 하나는 더 자세한 내용을 보려면 더 크고 복잡한 광학 장치가 필연적으로 필요하다는 것입니다.
- @MartinBeckett 원거리 를 보는 광학의 경우에도 마찬가지입니다. 그러나 소멸 장을 포함하면 가능성이 완전히 바뀝니다. 제 대답을 참조하세요.
- 샘, 놀랍도록 상상력이 풍부한 q 그건 그렇고요. 그리고 저는 ‘ ‘가 더 큰 것이 필요하다고 생각하는 것만 큼 간단하다고 믿지 않습니다.
답변
미세한 디테일을보기 위해 큰 광학 장치가 필요하다는 효과에 대한 다른 대답은 사실을 감지하는 기존 이미징 광학 장치에 해당됩니다. 전자기 원거리 또는 복사 장 즉 주파수 $ \ omega $에서 푸리에 성분이 실수 값 파동 벡터 $ (k_x)와 평면파의 선형 중첩으로 표현 될 수있는 것 , \, k_y, \, k_z) $, $ k_x ^ 2 + k_y ^ 2 + k_z ^ 2 = k ^ 2 = \ omega ^ 2 / c ^ 2 $. 이것은 Abbe diffraction limit 가 적용되고 이미징 광학 및 망막으로 구성된 우리 자신처럼 “눈”을 제한하는 종류의 필드입니다. 개미.
그러나 이것은 전체 전자기장이 아닙니다. 상호 작용하는 물체에 매우 가깝고 전자기장은 근거리 장 또는 소멸 장 성분 을 포함합니다. 다음과 같은 일반화 된 평면파입니다.
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일부 방향 $ k_ \ parallel $에서 파동 벡터의 구성 요소가 파수 $ k $보다 큽니다 및 따라서 잠재적으로 파장보다 훨씬 작은 공간 변화를 인코딩 할 수 있습니다.
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이 방향에 직교하는 파동 벡터 $ k_ \ perp $의 구성 요소는 따라서 가상 em이어야합니다. >, $ k_ \ parallel ^ 2 + k_ \ perp ^ 2 = k ^ 2 $가 충족 될 수 있습니다.
그러므로 이러한 필드는 교란에서 전자기장까지의 거리에 따라 기하 급수적으로 감소하므로 일반적으로 이미징 시스템에 의해 형성된 이미지에 기여할 수 없습니다.
그러나 이미지 센서를 교란에 충분히 가까이 가져갈 수 있다면 파장보다 미세한 소멸 성분으로 인코딩 된 세부 사항을 등록 할 수 있습니다. 이것이 주사 근거리 광학 현미경 의 원리입니다.
근거리 광학 현미경 센서는 실제로 매우 작아서 박테리아가 크기가 큰 생명체는 생명체가 문제의 세부 사항에 충분히 가까우면 몇 개의 분자로 구성된 수용체를 사용하여 주변 세계에서 파장 이하의 세부 사항을 등록 할 수 있습니다. $ k_ \ parallel > k $ 때 필드가 $ exp (-\ sqrt {k_ \ parallel ^ 2-k ^ 2} z) $와 같이 거리가 상승하면 출처에서 $ z $. 따라서 그러한 센서로 볼 수있는 파장보다 얼마나 미세한 지와 그것을보기 위해 소스에 얼마나 가까워 야하는지는 절충안이 있습니다. 가시 광선 파장의 1/10의 특징을 보려면 $ k \ approx 12 {\ rm \ mu m ^ {-1}} $ 및 $ k_ \ parallel \ approx 120 {\ rm \ mu m ^ { -1}} $, 니어 필드의 진폭은 검출기가있는 소스에서 멀리 떨어진 파장의 100 분의 1마다 $ e $만큼 감소합니다. 따라서 검출기와 소스를 분리하는 파장 거리의 1/100마다 약 10dB의 신호 대 잡음비가 손실됩니다. 따라서 미크론 거리에서 이러한 미세한 세부 사항 (50nm 구조)을 감지하려면 매우 강한 광원이 필요하므로 감지기가 매우 깨끗한 신호를 가질 수 있습니다.
물론 위의 예는 극단적 인 예입니다. 만약 당신이 미세한 간격의 분자 센서 배열을 사용하여 자기장을 직접 감지하는 박테리아 크기의 생명체라면, 당신의 이웃에있는 세계의 파장 이하의 특징들을 “볼”수있을 것입니다. 또한, 생각할 수 있습니다. 분자 원자력 현미경 을 사용하여 이웃을 “느끼는”작은 생물.
그러므로 모든 물리학을 포함하고 감지 된 물체에 정말 가까이 다가 가야한다는 단서를주의하면 박테리아 크기의 생명체가 파장 이하의 세부 사항을 즉시 볼 수 있습니다. 원자 힘 감지를 포함하면 개별 원자까지도 가능합니다.
물론,이 정보를 이해하는 데 필요한 모든 신호 처리 “두뇌”를 생명체에 패킹하는 것은 완전히 다른 문제 일 수 있습니다.
답변
개미는 3 개의 오 셀리 (단순한 눈)를 제외하고 저해상도 눈만 가지고 있으며 전체적인 빛 수준과 편광 만 감지합니다.
작은 물체와 그 특징을 자세히 볼 수있는 능력은 우리와 같은 척추 동물보다 훨씬 나쁩니다. 동물, 특히 개미와 같은 원시 동물이 박테리아를 볼 수 있다는 것은 터무니없는 일입니다.
가시광 선의 파장은 약 0.5 미크론으로 많은 박테리아의 크기이기도합니다. 따라서 최첨단 기술이 아니더라도 가시 광선으로는 박테리아 내부의 어떤 것도 볼 수 없습니다. 더 자세한 물체를 보려면 X 선이나 전자로 전환하여 더 나은 현미경을 만들어야합니다.
하나 또는 심지어 개미가 가시 광선을 통해 (박테리아보다 10,000 배 더 작은) 원자를 볼 수 있다고 제안하는 것은 훨씬 더 비현실적입니다.
물건을 확대 할 수 없습니다. 세계는 스케일 변환 하에서 불변하지 않습니다. 다른 길이 스케일은 다른 종류의 물리적 현상과 다른 물리적 대상을 봅니다. 주어진 종류의 원자는 항상 같은 크기를 가지며 확장 할 수 없습니다. 더욱이, 당신은 빛의 파장을 조절하지 않았기 때문에 제대로 조절조차하지 못했습니다. 또한 세부적인 해상도를 가진 비전은 정보 등을 처리 할 수있는 “충분히 큰 회로”가 필요합니다.
그런데 가속기에서도 마찬가지입니다. LHC는 $ 10 ^ {-19} $ 미터보다 짧은 거리를 볼 수있는 우리 최고의 “현미경”이지만 그렇게하려면 길이가 27km 인 최고의 자석이있는 터널이 필요합니다. 개미만큼 작은 물체는이 좋은 해상도로는 볼 수 없으며, 가능하더라도 눈이 그들에게주는 엄청난 양의 정보를 처리 할 수 없습니다.
충분한 동물 -예 포유류-우리처럼 세상을 봅니다. 다른 포유류가 민감한 색상 사이에는 잘 알려진 차이가 있습니다. 예를 들어, 개는 우리가 할 수있는 것에 비해 부분적으로 색맹입니다.
댓글
- 요청자는 질문에서 개미의 비전은 단지 은유에 불과했고 그의 질문은 빛의 본질에 관한 것이 었습니다. 두 번 이상 말해야한다고 느꼈기 때문에 질문을 제안하는 것은 ” 우스꽝스러운 “가 아닙니다. 방금 전에 당신이 저에게했던 (링크가 이어짐)과 지금 바로이 질문자에게 질문을하여이 포럼에 새로 온 사람들을 꾸짖는 것은 우스꽝 스럽습니다.
- Olhovsky님께, ‘ 당신이 옳지 않거나 ‘ 당신이 말하는 올바른 방법 ‘ div id = “df01befa05”>
당신을 꾸짖지 않고 틀 렸습니다. 😉 사람이 박테리아 나 원자를 볼 수 있다는 생각은 주로 그리고 정확히 우스꽝 스럽습니다. 왜냐하면 그것은 빛의 기본 속성, 즉 그것이 파동으로 만들어 졌다는 것과 모순되기 때문입니다. 어떤 은유도 사용할 수 있지만 결국 물리학은 은유가 아닌 내용을 가지고 있습니다. 최첨단이 아닌 우리나라에서는 빛이 파도로 만들어 졌다는 사실을 기초 학교에서 가르치고 있기 때문에이 점에 익숙하지 않은 사람들은 기초 교육이 부족하다고 말할 권리가 있습니다.
답변
개미 세계는 시각보다는 화학적 수용과 페로몬에 의해 훨씬 더 많이 주문됩니다. . 개미는 신호 역할을하는 화학 물질의 배열을 생성합니다. 그들은 또한 자신의 환경에서 다른 화학 물질을 감지하며, “슈퍼 유기체”라고 할 수있는 것처럼 자신이 살고있는 지형에 대한 집단지도, 화학지도를 가지고 있습니다.
개미는 복안을 가지고 있습니다. 꽤 작습니다. 대부분의 목적은 조도의 급격한 변화를 감지하는 것입니다. 그런 것을 인식하는 개미는 어떤 포식자가 존재할 수 있다는 신호를 받으므로 그곳에서 나가는 것이 순서입니다.
바세 테리아의 일부 종은 광활성을 갖는 옵신 분자를 가지고 있습니다. 따라서 광자의 수용은 분자 경로 활동의 변화를 초래할 수 있습니다. 우리 눈이나 망막에있는 로돕신 분자는 광자의 수신과 비 수신에 대해 두 가지 등각 상태를 가지고 있습니다. 광자의 에너지는 분자의 모양을 바꾸고 이것은 궁극적으로 신경 활동 전위로 증폭되는 GTP 분자 경로를 시작하는 역할을합니다. 로돕신은 옵신 분자의 한 형태로, 일반적인 분류에서 일부 박테리아의 광합성 분자와 겹칩니다. 그러나 간균은 어떤 종류의 이미지도 형성하지 않습니다.
간균이 원자를 “보려면”감마선을 감지해야합니다. 감마선은 생물학적 시스템에서 사용할 수있는 EM 스펙트럼 외부에 있습니다. 사실 그들은 치명적입니다.
댓글
- 다시 강등 된 것 같습니다. :).
- 나 ‘ 계정의 두 인스턴스를 병합했습니다. 이 경우 운영자의 관심을 끌 수 있도록 플래그를 지정할 수 있습니다.
답변
빛의 기능에 관한 한 : 예, 축소 할 수 있습니다 (점까지). 저는 8 미크론 공정 (오늘날의 표준으로는 크로마 그논)을 사용하는 ASIC (Application Specific Integrated Circuit) 작업을 해왔습니다. 완성 된 제품 (너무 작은)에서는 이러한 회로의 세부 사항을 볼 수 없었습니다. 빛에 의해 생성 된 (가시광 선의 범위를 넘어서) 빛에 의해 생성 된 약간의 사진 이미지로 기본적으로 만들어졌습니다 (매우 단순화하고 있습니다). 다른 말로 말하면, 빛에서 얻을 수있는 분해 가능한 세부 사항은 사람의 눈보다 훨씬 더 미세합니다
생물 학자들은 독수리가 인간보다 약 10 배 더 선명하게 볼 수 있다고 주장합니다 (그리고 독수리의 눈은 인간의 눈보다 눈에 띄게 작습니다).
내가하는 일 ” 눈의 물리적 크기가 세부 사항을 제한하는 곳입니다. 축소 할 수없는 이유가 없습니다. 그러나 나는 생물학자가 아니며 (고맙게도) 개미가 아닙니다. 가장 작은 안구가 끝나는 곳과 다른 관찰 의상이 차지하는 곳을 찾는 것은 흥미로울 것입니다.
그러므로 박테리아를 볼 수있는 곳으로 내려가는 예는 흥미로운 중단 점을 제시합니다. 이론적으로는 UV (인간이 볼 수있는 상단) 빛의 하단, 파장 약 400nm에서 박테리아 (크기 약 1000nm)를 보는 문제. 그러나 세부 사항은 분명히 약간 흐릿합니다. 박테리아는 흐릿한 얼룩처럼 보일 것이고 어떤 안경도 도움이되지 않을 것입니다. 현대 광학 현미경이 세부 사항을 분석하는 이론적 한계는 200nm입니다 (550nm “녹색”조명 사용).