Wat zien mieren?

De andere antwoorden op het effect dat je grote optica nodig hebt om fijne details te zien, zijn inderdaad waar voor conventionele beeldvormende optica die de elektromagnetisch farfield of stralingsveld dwz dat waarvan de Fourier-component op frequentie $ \ omega $ kan worden weergegeven als een lineaire superpositie van vlakke golven met golfvectoren met reële waarde $ (k_x , \, k_y, \, k_z) $ met $ k_x ^ 2 + k_y ^ 2 + k_z ^ 2 = k ^ 2 = \ omega ^ 2 / c ^ 2 $. Dit is het soort veld waarop de Abbe-diffractielimiet van toepassing is en ogen zoals die van ons beperkt, bestaande uit beeldvormende optica en netvliezen, of zelfs samengestelde ogen zoals die van een mier.

Dit is echter niet het hele elektromagnetische veld: zeer dicht bij de objecten die ermee interageren, omvat het elektromagnetische veld componenten van het nabije veld of vluchtige velden . Dit zijn gegeneraliseerde vlakke golven waarvoor:

1. De component van de wavevector in een richting $ k_ \ parallel $ is groter dan het golfgetal $ k $ en kan dus ruimtelijke variaties coderen die potentieel veel kleiner zijn dan een golflengte;

2. De component van de wavevector $ k_ \ perp $ orthogonaal op deze richting moet daarom denkbeeldig , zodat $ k_ \ parallel ^ 2 + k_ \ perp ^ 2 = k ^ 2 $ vervuld kan worden.

Dergelijke velden vervallen dus exponentieel met de afstand vanaf de verstoring tot het elektromagnetische veld dat ze heeft voortgebracht en kunnen dus normaal gesproken niet bijdragen aan een beeld dat wordt gevormd door een beeldvormingssysteem.

Als u echter uw beeldsensoren dicht genoeg bij de storing kunt brengen, kunt u nog steeds de details registreren die zijn gecodeerd in de vluchtige componenten die kleiner zijn dan de golflengte. Dit is het principe van de Scanning Nearfield Optical Microscope .

De near field optische microscoopsensor kan inderdaad extreem klein zijn, zodat een bacterie levensvorm kon details onder de golflengte registreren in de wereld eromheen met receptoren opgebouwd uit een paar moleculen, zolang de levensvorm maar dicht genoeg bij het detail in kwestie was. Merk op dat wanneer $ k_ \ parallel > k $ de velden vervallen zoals $ exp (- \ sqrt {k_ \ parallel ^ 2-k ^ 2} z) $ met toenemende afstand $ z $ uit hun bronnen. Er is dus een afweging tussen hoeveel fijner dan een golflengte we kunnen zien met zon sensor, en hoe dicht we bij de bron moeten zijn om hem te zien. Als we kenmerken willen zien die een tiende van de golflengte van waarneembaar licht zijn, dan is $ k \ circa 12 {\ rm \ mu m ^ {- 1}} $ en $ k_ \ parallel \ circa 120 {\ rm \ mu m ^ { -1}} $, zodat de amplitude van het nearfield vervalt met een factor $ e $ voor elke honderdste van een golflengte die ver verwijderd is van de bron van de detector. Zo verliezen we ongeveer 10dB signaal-ruisverhouding voor elke honderdste van een golflengteafstand die de detector en de bron scheidt. Dus om zulke fijne details (structuren van 50 nm) op een micron afstand te voelen, zouden extreem sterke lichtbronnen nodig zijn, zodat de detectoren een zeer schoon signaal zouden hebben.

Natuurlijk is het bovenstaande een extreem voorbeeld, maar als je een levensvorm bent ter grootte van een bacterie die het veld direct detecteert met behulp van een reeks moleculaire sensoren met fijne tussenruimte, kun je wellicht kenmerken van de wereld onder de golflengte in je directe omgeving zien. Bovendien is het mogelijk om een idee te krijgen van een klein wezen dat zijn buurt “voelt” met behulp van moleculaire atomaire krachtmicroscopen .

Dus, ja, als je alle natuurkunde meetelt en de voorwaarde in acht neemt dat je heel dicht bij de waargenomen objecten moet komen, zou het mogelijk zijn dat een levensvorm ter grootte van een bacterie onmiddellijk details onder de golflengte ziet. buurt, misschien zelfs individuele atomen als we atoomkrachtwaarneming meenemen.

Natuurlijk kan het inpakken van alle signaalverwerkende “hersenen” in de levensvorm die nodig is om deze informatie te begrijpen een heel andere zaak zijn.

Mieren hebben alleen ogen met een lage resolutie, afgezien van drie ocelli – eenvoudige ogen – die alleen een algemeen lichtniveau en polarisatie detecteren, zie

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

Hun vermogen om details te zien – kleine voorwerpen en hun kenmerken – is veel erger dan bij gewervelde dieren zoals wij. Om te suggereren dat dieren – vooral als primitieve dieren als mieren – bacteriën zouden kunnen zien, is belachelijk.

De golflengte van zichtbaar licht is ongeveer een halve micron, wat ook de grootte is van veel bacteriën. Je kunt dus niets in bacteriën zien met het zichtbare licht, zelfs niet met de allernieuwste technologie. Om meer gedetailleerde objecten te zien, moet je overschakelen op röntgenstraling of elektronen en betere microscopen maken.

Het is zelfs nog onrealistischer om voor te stellen dat iemand – of zelfs een mier – een atoom (dat 10.000 keer kleiner is dan een bacterie) door zichtbaar licht zou kunnen zien.

Je kunt niet zomaar dingen opschalen en De wereld is niet onveranderlijk onder schaaltransformaties, zeggen we. Verschillende lengteschalen zien verschillende soorten fysieke verschijnselen en verschillende fysieke objecten. Het atoom van een bepaalde soort heeft altijd dezelfde grootte en je kunt het niet opschalen. Bovendien heb je de schaalverdeling niet eens goed gedaan omdat je de golflengte van het licht niet hebt geschaald. Ook vereist zicht met gedetailleerde resolutie enkele circuits die “groot genoeg zijn” om met de informatie enz. Om te gaan.

Dit geldt trouwens zelfs voor versnellers. De LHC is onze beste “microscoop” die afstanden kan zien die kleiner zijn dan $ 10 ^ {- 19} $ meter, maar daarvoor zijn tunnels met de beste magneten nodig die 27 kilometer lang zijn. Objecten zo klein als mieren niet kunnen zien met deze goede resolutie, en zelfs als ze dat wel zouden kunnen, zouden ze niet kunnen omgaan met de enorme hoeveelheid informatie die hun ogen hen zouden geven.

Dieren die groot genoeg zijn – bijv zoogdieren – zie de wereld zoals wij. Er zijn bekende verschillen tussen de kleuren waarvoor verschillende zoogdieren gevoelig zijn. Honden zijn bijvoorbeeld gedeeltelijk kleurenblind in verhouding tot wat we kunnen doen.

Opmerkingen

• De vragensteller stelde in de vraag specifiek dat de visioen van mieren was slechts een metafoor, en zijn vraag ging over de aard van licht. Het is niet ” belachelijk ” om de vraag voor te stellen, aangezien u de behoefte voelde om deze vraag meer dan eens te stellen. Het is belachelijk om nieuwkomers op dit forum te hekelen voor het stellen van vragen, zoals je mij zojuist hebt aangedaan (link volgt), en voor deze vragensteller zojuist.
• Beste Olhovsky, je ‘ hebt geen gelijk – of wat is ‘ de juiste manier om te zeggen dat je ‘ hebben ongelijk zonder u uit te schelden. 😉 Het idee dat je bacteriën of atomen kunt zien is vooral belachelijk en precies omdat het in tegenspraak is met de fundamentele aard van licht, namelijk dat het is gemaakt van golven. Je kunt alle metaforen gebruiken, maar aan het eind heeft de natuurkunde een inhoud die geen metafoor is. In mijn land, dat niet voorop loopt, wordt het feit dat het licht van golven gemaakt is op basisscholen onderwezen, dus ik behoud het recht om te zeggen dat mensen die niet bekend zijn met dit punt enige basisopleiding missen.
• En als het om nieuwkomers gaat, laat me dan zeggen dat ik de recente stortvloed aan vragen van lage kwaliteit inderdaad frustrerend vind. Het doel van deze server is niet om een maximum aantal willekeurige ” nieuwkomers ” aan te trekken die willekeurige woordreeksen schrijven met ten minste één vraag Mark. Slechts een paar maanden geleden werd dit verondersteld – en was het bijna in de praktijk – een echte server om vragen over fysica te stellen en te beantwoorden door mensen die echt wat fysica kennen. – En bedankt, Robert, trouwens.
• @ Luboš, ik ben het ermee eens dat de kwaliteit van de vragen is afgenomen, maar ik denk dat mensen die echt een beetje natuurkunde kennen, geen vragen stellen, om welke reden dan ook. Wanneer nieuwkomers arriveren, vinden ze onmiddellijk voorbeelden van vragen die hen dommer lijken dan hun vraag, dus waarom zou u die niet stellen? De moeilijke vragen zijn moeilijk te vinden en zullen waarschijnlijk niet worden beantwoord. Als er een overwicht aan moeilijke vragen zou zijn, zouden de vragen van lage kwaliteit kunnen worden uitgesteld.Wat nieuwkomers niet ‘ zien, zodat ze ‘ niet door hen worden afgeschrikt, zijn de antwoorden die de vragen van lage kwaliteit vertellen die ze ‘ zijn stom.
• Wauw, ik ben ‘ t op zoveel interessante manieren dom genoemd een tijdje. Het spijt me als de vraag esoterisch genoeg voor je was, ik ‘ zal proberen het de volgende keer beter te doen, maar het ging over natuurkunde, het was niet ‘ t over programmeren, bijvoorbeeld, dus ik ‘ weet niet zeker wat je klacht is. Als u zo weinig over de vraag dacht, waarom stemt u er dan niet op en niet beantwoordt u deze? Ook heb ik ‘ t ” ” voorgesteld dat men atomen kon zien, vroeg ik , en het is theoretisch, niet praktisch, maar uitgaande van een perfecte resolutie, en met zichtbaar licht, hoe zou de wereld ” er ” uitzien op die schaal?

De mierenwereld wordt veel meer geordend door chemische ontvangst en feromonen dan door visie . Mieren produceren een reeks van dergelijke chemicaliën die als signalen werken. Ze voelen ook andere chemicaliën in hun omgeving, en als wat een superorganisme zou kunnen worden genoemd, hebben ze een collectieve kaart, een chemische kaart, van het terrein dat ze bewonen.

Mieren hebben samengestelde ogen, en ze zijn vrij klein. Hun doel is voor het grootste deel om plotselinge veranderingen in lichtniveaus waar te nemen. Een mier die dit waarneemt, krijgt dan een signaal dat er een roofdier aanwezig kan zijn en dus is het in orde om daar weg te komen.

Sommige soorten baceteria hebben opsinemoleculen die fotoactief zijn. De ontvangst van fotonen kan dus leiden tot veranderingen in de activiteit van de moleculaire route. Het rodopsinemolecuul in onze ogen of retina heeft twee conforme toestanden voor het ontvangen en niet ontvangen van een foton. De energie van het foton verandert de vorm van het molecuul en dit werkt vervolgens om een moleculaire GTP-route te initiëren die uiteindelijk wordt versterkt tot een neuraal actiepotentiaal. Rhodopsin is een vorm van opsinemoleculen, die in hun algemene classificatie ook in sommige bacteriën overlappen met fotosynthetische moleculen. De bacillen vormen echter geen enkel beeld van wat dan ook.

Om een bacil een atoom te laten zien, moeten ze gammastraling detecteren. Gammastralen vallen grotendeels buiten het EM-spectrum dat beschikbaar is voor biologische systemen. In feite zijn ze dodelijk.

Reacties

• Ik zie dat je weer gedegradeerd bent :).
• I ‘ ve heeft de twee instanties van uw account (s) samengevoegd. U kunt markeren voor aandacht van de moderator wanneer dat gebeurt.

Wat betreft de functie van licht: Ja, u kunt verkleinen (naar een punt). Ik heb gewerkt aan een ASIC (Application Specific Integrated Circuit) dat een 8 micron-proces gebruikte (Cro-magnon volgens de huidige normen). Ik kon de details van deze circuits niet zien in het eindproduct (veel te klein) MAAR ze waren in wezen gemaakt (ik vereenvoudig het aanzienlijk) met zijn supersnelle fotografische beelden geproduceerd door licht (buiten het bereik van zichtbaar licht) .Om het anders te zeggen: het oplosbare detail dat beschikbaar is van licht is veel, VEEL fijner dan het niet-ondersteunde menselijk oog kunnen zien.

Biologen beweren dat adelaars ongeveer 10x scherper detail kunnen zien dan een mens (en het oog van een arend is merkbaar kleiner dan een menselijk oog).

Wat ik niet doe ” Weet je, is waar de fysieke grootte van het oog de details beperkt. Ik zie geen reden waarom het niet zou kunnen verkleinen … VEEL omlaag. Maar ik ben geen bioloog en (gelukkig) geen mier. Het zou interessant zijn om erachter te komen waar de kleinste oogbollen eindigen en waar andere ziende apparaten het overnemen.

Dus, uw voorbeeld van waar u bacteriën kunt zien, vormt een interessant breekpunt: er is theoretisch geen probleem om een bacterie te zien (grootte ongeveer 1000 nm) aan de onderkant van UV-licht (bovenkant van menselijk zichtbaar), golflengte ongeveer 400 nm. Maar details zouden duidelijk een beetje wazig zijn. De bacterie zou verschijnen als een wazige klodder, en geen bril zou helpen. De theoretische limiet voor moderne optische microscopen om details op te lossen is 200 nm (bij gebruik van 550 nm “groen” licht).