Hva ser maur?

De andre svarene om at man trenger stor optikk for å se fine detaljer, er virkelig sant for, gjelder for konvensjonell billedoptikk som fornemmer elektromagnetisk farfield eller strålingsfelt ie at hvis Fourier-komponent ved frekvensen $ \ omega $ kan representeres som en lineær overstilling av planbølger med virkelig verdsatte bølgevektorer $ (k_x , \, k_y, \, k_z) $ med $ k_x ^ 2 + k_y ^ 2 + k_z ^ 2 = k ^ 2 = \ omega ^ 2 / c ^ 2 $. Dette er den typen felt som Abbe-diffraksjonsgrense gjelder for og begrenser «øyne» som vår egen, inkludert bildebehandlingsoptikk og netthinnen, eller til og med sammensatte øyne som de av en maur.

Dette er imidlertid ikke hele det elektromagnetiske feltet: veldig nær objektene som samhandler med det, inkluderer det elektromagnetiske feltet nærfelt eller evanenescent feltkomponenter . Dette er generaliserte planbølger som:

1. Komponenten til bølgevektoren i en eller annen retning $ k_ \ parallel $ er større enn bølgetallet $ k $ og kan dermed kode romlige variasjoner som er potensielt mye mindre enn en bølgelengde;

2. Komponenten til bølgevektoren $ k_ \ perp $ ortogonal til denne retningen må derfor være imaginær , slik at $ k_ \ parallell ^ 2 + k_ \ perp ^ 2 = k ^ 2 $ kan oppfylles.

Så slike felt forfaller eksponentielt med avstand fra forstyrrelsen til det elektromagnetiske feltet som avler dem, og kan derfor normalt ikke bidra til et bilde dannet av et bildesystem.

Hvis du imidlertid kan bringe bildesensorene dine nær nok til forstyrrelsen, kan du fremdeles registrere detaljene som er kodet i de finere enn bølgelengdens forvitrende komponenter. Dette er prinsippet for Scanning Nearfield Optical Microscope .

Sensor for nærfeltoptisk mikroskop kan faktisk være ekstremt liten, slik at en bakterie størrelse livsform kunne registrere detaljer under bølgelengden i verden rundt den med reseptorer bygget av noen få molekyler så lenge livsformen var nær nok til detaljene det var snakk om. Merk at når $ k_ \ parallell > k $ at feltene forfaller som $ exp (- \ sqrt {k_ \ parallel ^ 2-k ^ 2} z) $ med stigende avstand $ z $ fra kildene. Så det er en avveining mellom hvor mye finere enn en bølgelengde vi kan se med en slik sensor, og hvor nær kilden vi må være for å se den. Hvis vi ønsker å se funksjoner en tidel av bølgelengden for sebart lys, så $ k \ ca 12 {\ rm \ mu m ^ {- 1}} $ og $ k_ \ parallell \ ca 120 {\ rm \ mu m ^ { -1}} $, slik at amplituden til nærfeltet forfaller med en faktor $ e $ for hver hundredel av en bølgelengde langt fra kilden detektoren er. Dermed mister vi omtrent 10 dB signal / støyforhold for hver hundredel av en bølgelengdeavstand som skiller detektoren og kilden. Så for å fornemme slike fine detaljer (50 nm strukturer) fra en mikron unna, vil det trenge ekstremt sterke lyskilder, slik at detektorene vil ha et veldig rent signal.

Selvfølgelig er det ovennevnte et ekstremt eksempel, men hvis du «er en livsform med bakteriestørrelse som direkte registrerer feltet ved hjelp av et fint spaltet utvalg av molekylære sensorer, kan du godt være i stand til å» se «funksjoner under bølgelengden i verden i ditt nærmeste nabolag. Videre er det mulig å tenke på en liten skapning som «føler» nabolaget sitt ved hjelp av molekylære atomkraftmikroskop .

Så ja, hvis du inkluderer all fysikk og tar hensyn til forutsetningen om at du må komme deg veldig nær de oppdagede objektene, ville det være mulig for en bakteriestørrelse livsform å se detaljer under bølgelengden i sin umiddelbare nabolaget, kanskje til og med individuelle atomer hvis vi inkluderer atomkraftmåling.

Å pakke all signalbehandlingen «hjernen» i livsformen som trengs for å forstå denne informasjonen, kan selvfølgelig være en helt annen sak.

Maur har bare øyne med lav oppløsning, bortsett fra tre ocelli – enkle øyne – som bare oppdager et generelt lysnivå og polarisering, se

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

Deres evne til å se detaljer – små gjenstander og deres egenskaper – er mye verre enn for virveldyr som oss. Å antyde at dyr – spesielt like primitive dyr som maur – kunne se bakterier er uheldig.

Bølgelengden for synlig lys er omtrent en halv mikron – som også er størrelsen på mange bakterier. Så du kan ikke se noe i bakterier med det synlige lyset, ikke engang med banebrytende teknologi. For å se mer detaljerte gjenstander, må du bytte til røntgen eller elektroner og lage bedre mikroskop.

Det er enda mer urealistisk å foreslå at en – eller til og med en maur – kan se et atom (som er 10 000 ganger mindre enn en bakterie) gjennom synlig lys.

Du kan ikke bare skalere opp ting og Verden er ikke uforanderlig under skala-transformasjoner, sier vi. Ulike lengdeskalaer ser forskjellige typer fysiske fenomener og forskjellige fysiske objekter. Atomet av en gitt type har alltid samme størrelse, og du kan ikke skalere det opp. Videre gjorde du ikke engang skaleringen riktig fordi du ikke skalerte lysets bølgelengde. Dessuten krever visjon med detaljert oppløsning noen «store nok kretser» for å håndtere informasjonen osv.

Forresten, dette holder selv for akseleratorer. LHC er vårt beste «mikroskop» som kan se avstander kortere enn $ 10 ^ {- 19} $ meter – men for å gjøre det krever det tunneler med de beste magneter som er 27 kilometer lange. Objekter så små som maur kan ikke se med denne gode oppløsningen, og selv om de kunne, kunne de ikke håndtere den enorme mengden informasjon som øynene deres ville gi dem.

Stor nok dyr – f.eks pattedyr – se verden omtrent som vi gjør. Det er velkjente forskjeller mellom fargene som forskjellige pattedyr er følsomme for. Hunder er for eksempel delvis fargeblinde, relativt til hva vi kan gjøre.

Kommentarer

• Spøreren uttalte spesifikt i spørsmålet at syn på maur var bare en metafor, og spørsmålet hans handlet om lysets natur. Det er ikke » latterlig » å foreslå spørsmålet, ettersom du følte behov for å si mer enn en gang. Det er latterlig å berate nykommere i dette forumet for å stille spørsmål, som du gjorde mot meg for et øyeblikk siden (lenke følger), og til denne spørsmannen akkurat nå.
• Kjære Olhovsky, du ‘ har ikke rett – eller hva ‘ er den rette måten å si at du ‘ er galt uten å skade deg. 😉 Ideen om at man kan se bakterier eller atomer er latterlig hovedsakelig og nøyaktig fordi den motsier lysets grunnleggende natur, nemlig at den er laget av bølger. Man kan bruke hvilken som helst metafor, men helt på slutten har fysikk et innhold som ikke er en metafor. I mitt land som ikke er i forkant, læres det faktum at lyset er laget av bølger på grunnskoler, så jeg forbeholder meg retten til å si at folk som ikke er kjent med dette punktet, mangler grunnleggende utdannelse.
• Og hvis saken handler om nykommere, la meg si at jeg synes den siste flommen av spørsmål av lav kvalitet er frustrerende. Hensikten med denne serveren er ikke å tiltrekke seg et maksimalt antall tilfeldige » nykommere » som skriver vilkårlige ordrekkefølger med minst ett spørsmål merke. For bare noen få måneder siden skulle dette – og var nesten i praksis – en ekte server for å stille og svare på spørsmål om fysikk av folk som faktisk kan litt fysikk. – Og takk, Robert, forresten.
• @ Luboš, jeg er enig i at kvaliteten på spørsmålene har blitt redusert, men jeg tror folk som faktisk kjenner til noen fysikk ikke stiller spørsmål, uansett årsak. Når nykommere ankommer, finner de umiddelbart eksempler på spørsmål som virker mer dumme enn spørsmålet deres, så hvorfor ikke stille det? De vanskelige spørsmålene er vanskelige å finne, og vil sannsynligvis ikke bli besvart. Hvis det var overvekt av harde spørsmål, kan spørsmål av lav kvalitet bli satt ut av.Hva nykommere ikke ser ‘, så de ‘ ikke blir skuffet av dem, er svarene som forteller spørsmålene av lav kvalitet som de ‘ er dumme.
• Wow, jeg har ikke ‘ t blitt kalt dum på så mange interessante måter på ganske en stund. Jeg beklager om spørsmålet var esoterisk nok for deg, jeg ‘ Jeg vil prøve å gjøre det bedre neste gang, men det handlet om fysikk, det var ikke ‘ t om programmering, for eksempel, så jeg ‘ er ikke sikker på hva du har å gjøre. Hvis du tenkte så lite på spørsmålet, hvorfor ikke stemme det ned og ikke svare på det? Også ‘ t » foreslo » at man kunne se atomer, spurte jeg , og det er teoretisk, ikke praktisk, men forutsatt perfekt oppløsning, og ved bruk av synlig lys, hvordan ville verden » se » ut på den skalaen?

Myrverdenen er ordnet langt mer av kjemisk mottak og feromoner enn av syn . Maur produserer en rekke slike kjemikalier som fungerer som signaler. De fornemmer også andre kjemikalier i miljøet sitt, og som det som kan kalles en «superorganisme» har de noe samlet kart, et kjemisk kart over terrenget de bor i.

Maur har sammensatte øyne, og de er ganske små. For det meste er deres formål å ane plutselige endringer i lysnivået. En maur som oppfatter slikt, får da et signal om at et eller annet rovdyr kan være til stede, og det er i orden å komme seg ut derfra.

Noen arter av baceteria har opsinmolekyler som er fotoaktive. Så mottak av fotoner kan føre til endringer i molekylær banen aktivitet. Rhodopsinmolekylet i øynene eller netthinnen har to konforme tilstander for mottak og ikke mottak av et foton. Fotonens energi endrer formen på molekylet, og dette virker deretter til å initiere en GTP-molekylær vei som til slutt forsterkes til et nevralt handlingspotensial. Rhodopsin er en form for opsinmolekyler, som i sin generelle klassifisering overlapper med fotosyntetiske molekyler i noen bakterier også. Basillene danner imidlertid ikke noe slags bilde av noe.

For at en basille skal “se” et atom, trenger de å oppdage gammastråler. Gamma-stråler ligger stort sett utenfor EM-spekteret som er tilgjengelig for biologiske systemer. De er faktisk dødelige.

Kommentarer

• Jeg ser at du ble degradert nok en gang :).
• I ‘ har slått sammen de to forekomster av kontoen (e) dine. Du kan merke for moderatoroppmerksomhet når det skjer.

Så langt lysets funksjon går: Ja, du kan redusere (til et punkt). Jeg har jobbet med en ASIC (Application Specific Integrated Circuit) som brukte en 8 mikron prosess (Cro-magnon etter dagens standarder). Jeg kunne ikke se detaljene i disse kretsene i det ferdige produktet (altfor små) MEN de var laget i utgangspunktet (jeg er veldig forenklet) med sine bitete fotografiske bilder produsert av lys (utenfor rekkevidden av synlig lys). For å si det på en annen måte: den oppløselige detaljene som er tilgjengelig fra lys er langt, langt finere enn det uhjelpte menneskelige øye kan se.

Biologer hevder at ørn kan se omtrent 10 ganger skarpere detaljer enn et menneske (og en øres øye er merkbart mindre enn et menneskelig øye).

Det jeg ikke gjør » Jeg vet ikke, er hvor den fysiske størrelsen på øyet begrenser detaljene. Jeg ser ingen grunn til at det ikke kunne skaleres ned … Vei ned. Men jeg er ikke en biolog og (heldigvis) ikke en maur. Det ville være interessant å finne ut hvor de minste øyebollene ender, og hvor andre seende apparater tar over.

Så, eksempelet ditt på å komme deg dit du kunne se bakterier, er et interessant brytpunkt: Det er teoretisk ingen problem med å se en bakterie (størrelse ca. 1000 nm) i den nedre enden av UV (øvre ende av menneskelig synlig) lys, bølgelengde ca 400 nm. Men detalj ville åpenbart være litt tåkete. Bakterien ville fremstå som en uskarp klatt, og ingen briller hjalp. Den teoretiske grensen for moderne optiske mikroskoper for å løse detaljer er 200 nm (ved bruk av 550 «grønt» lys).