Ce văd furnicile?

Celelalte răspunsuri la efectul că o persoană are nevoie de optică mare pentru a vedea detalii fine sunt într-adevăr adevărate pentru că sunt adevărate pentru optica imagistică convențională care simte Farfield sau câmp radiativ electromagnetic ie că a cărui componentă Fourier la frecvența $ \ omega $ poate fi reprezentată ca o suprapunere liniară a undelor plane cu vectori de undă cu valoare reală $ (k_x , \, k_y, \, k_z) $ cu $ k_x ^ 2 + k_y ^ 2 + k_z ^ 2 = k ^ 2 = \ omega ^ 2 / c ^ 2 $. Acesta este tipul de câmp la care se aplică Limita de difracție Abbe și limitează „ochii”, cum ar fi ai noștri, cuprinzând optică de imagistică și retine, sau chiar ochi compuși, ca cei o furnică.

Totuși, acesta nu este întregul câmp electromagnetic: foarte aproape de obiectele care interacționează cu acesta, câmpul electromagnetic include câmpul apropiat sau componentele câmpului evanenescent . Acestea sunt unde plane generalizate pentru care:

1. Componenta vectorului de undă într-o anumită direcție $ k_ \ parallel $ este mai mare decât numărul de undă $ k $ și poate astfel codifica variații spațiale potențial mult mai mici decât o lungime de undă;

2. Componenta vectorului de undă $ k_ \ perp $ ortogonală în această direcție trebuie, prin urmare, să fie imaginară , astfel încât $ k_ \ parallel ^ 2 + k_ \ perp ^ 2 = k ^ 2 $ să poată fi îndeplinit.

Deci, astfel de câmpuri se descompun exponențial cu distanța de la perturbarea la câmpul electromagnetic care le-a născut și, prin urmare, nu pot contribui în mod normal la o imagine formată de un sistem de imagistică.

Cu toate acestea, dacă puteți apropia senzorii de imagine suficient de aproape de perturbare, puteți înregistra în continuare detaliile codate în componentele evanescente mai lungi decât lungimea de undă. Acesta este principiul Microscop optic de scanare Nearfield .

Senzorul microscopului optic cu câmp apropiat poate fi într-adevăr extrem de mic, astfel încât o bacterie forma de viață de dimensiuni ar putea înregistra detalii sub lungimea de undă în lumea din jurul ei cu receptori construiți din câteva molecule, atâta timp cât forma de viață era suficient de aproape de detaliul în cauză. Rețineți că, atunci când $ k_ \ parallel > k $ că câmpurile se descompun ca $ exp (- \ sqrt {k_ \ parallel ^ 2-k ^ 2} z) $ cu distanță crescătoare $ z $ din sursele lor. Deci, există un compromis între cât de mult mai fin decât o lungime de undă putem vedea cu un astfel de senzor și cât de aproape de sursă trebuie să fim pentru a-l vedea. Dacă vrem să vedem caracteristici o zecime din lungimea de undă a luminii vizibile, atunci $ k \ approx 12 {\ rm \ mu m ^ {- 1}} $ și $ k_ \ parallel \ approx 120 {\ rm \ mu m ^ { -1}} $, astfel încât amplitudinea câmpului apropiat să se descompună cu un factor de $ e $ pentru fiecare sutime de lungime de undă la distanță de sursa la care se află detectorul. Astfel, pierdem aproximativ 10dB raportul semnal / zgomot pentru fiecare sutime de lungime de undă care separă detectorul de sursă. Deci, pentru a simți un detaliu atât de fin (structuri de 50nm) de la un micron distanță, ar avea nevoie de surse de lumină extrem de puternice, astfel încât detectoarele să aibă un semnal foarte curat.

Desigur, cele de mai sus sunt un exemplu extrem, dar dacă sunteți o formă de viață de dimensiunea unei bacterii care detectează direct câmpul utilizând o gamă fin distanțată de senzori moleculari, este posibil să fiți capabili să „vedeți” caracteristicile lumii sub lungimea de undă din imediata vecinătate. Mai mult, este posibil să concepeți o creatură mică „își simte” vecinătatea folosind microscopii cu forță atomică .

Deci, da, dacă includeți toată fizica și luați în considerare condiția că trebuie să vă ridicați aproape de obiectele detectate, ar fi posibil ca o formă de viață de dimensiunea unei bacterii să vadă detaliile sub lungimea de undă imediat cartier, poate chiar atomi individuali dacă includem detectarea forței atomice.

Desigur, împachetarea întregului „creier” de procesare a semnalului în forma de viață necesară pentru a înțelege aceste informații ar putea fi cu totul altă chestiune.

Furnicile au doar ochi cu rezoluție redusă, în afară de trei ocelli – ochi simpli – care detectează doar un nivel global de lumină și polarizare, vezi

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

apacitatea lor de a vedea detalii – obiecte mici și trăsăturile lor – este mult mai proastă decât pentru vertebrate ca noi. Este absurd să sugerăm că animalele – în special animalele primitive ca furnicile – ar putea vedea bacterii.

Lungimea de undă a luminii vizibile este de aproximativ o jumătate de micron – care este, de asemenea, dimensiunea multor bacterii. Deci, nu puteți vedea nimic în interiorul bacteriilor cu lumina vizibilă, nici măcar cu tehnologia de ultimă oră. Pentru a vedea obiecte mai detaliate, trebuie să treceți la raze X sau electroni și să creați microscopuri mai bune.

Este chiar mai nerealist să propui că una – sau chiar o furnică – ar putea vedea un atom (care este de 10.000 de ori mai mic decât o bacterie) prin lumina vizibilă.

Nu poți doar să mărești lucrurile și în jos. Lumea nu este invariantă în cadrul transformărilor de scară, spunem noi. Scale de lungime diferite văd diferite tipuri de fenomene fizice și obiecte fizice diferite. Atomul de un anumit tip are întotdeauna aceeași dimensiune și nu îl puteți „ridica”. Mai mult, nici măcar nu ați făcut scalarea corect, deoarece nu ați scalat lungimea de undă a luminii. De asemenea, viziunea cu rezoluție detaliată necesită niște „circuite suficient de mari” pentru a face față informațiilor etc.

Apropo, acest lucru este valabil chiar și pentru acceleratoare. LHC este cel mai bun „microscop” al nostru care poate vedea distanțe mai mici de 10 $ ^ {- 19} $ metri – dar pentru a face acest lucru, necesită tuneluri cu cei mai buni magneți care au o lungime de 27 de kilometri. Obiectele la fel de mici ca furnicile nu pot vedea cu această rezoluție bună și chiar dacă ar putea, nu ar putea face față cantității uriașe de informații pe care ochii lor le-ar oferi.

Animale suficient de mari – de exemplu mamifere – vezi lumea la fel ca noi. Există diferențe bine cunoscute între culorile la care sunt sensibile diferite mamifere. Câinii sunt, de exemplu, parțial orbi, relativ la ceea ce putem face.

Comentarii

• Persoana care a întrebat a declarat în mod specific în întrebare că viziunea furnicilor a fost doar o metaforă, iar întrebarea sa a fost despre natura luminii. Nu este ” ridicol ” să propui întrebarea, întrucât ai simțit nevoia să afli mai multe ori. Este ridicol să-i mulțumim pe noii veniți pe acest forum pentru a pune întrebări, așa cum mi-ați făcut acum un moment (urmează linkul), și acestui întrebător chiar acum.
• Dragă Olhovsky, ‘ nu ai dreptate – sau care este ‘ modul corect de a spune că tu ‘ greșești fără să te reprosezi. 😉 Ideea că se pot vedea bacterii sau atomi este ridicolă în principal și exact deoarece contrazice natura de bază a luminii, și anume că este făcută din unde. Se poate folosi orice metafore, dar la sfârșit, fizica are un conținut care nu este nu o metaforă. În țara mea, care nu este la vârf, faptul că lumina este formată din valuri este predat la școlile de bază, așa că îmi rezerv dreptul de a spune că persoanelor care nu sunt familiare cu acest punct le lipsește o educație de bază.
• Și dacă problema este despre noii veniți, permiteți-mi să spun că mi se pare frustrant, recent, valul de întrebări de calitate scăzută. Scopul acestui server nu este de a atrage un număr maxim de ” nou-veniți aleatori ” care scriu secvențe arbitrare de cuvinte cu cel puțin o întrebare marcă. Cu doar câteva luni în urmă, acest lucru era presupus – și aproape că era în practică – un server autentic pentru a pune și a răspunde la întrebări despre fizică de către oameni care cunosc de fapt fizică. – Și mulțumesc, Robert, apropo.
• @ Luboš, sunt de acord că calitatea întrebărilor a scăzut, dar cred că oamenii care știu de fapt fizică nu pun întrebări, indiferent de motiv. Când sosesc noii veniți, găsesc imediat exemple de Întrebări care li se par mai stupide decât Întrebarea lor, deci de ce să nu o punem? Întrebările dificile sunt greu de găsit și este foarte probabil să nu li se răspundă. Dacă ar exista o preponderență a întrebărilor dificile, întrebările de calitate scăzută ar putea fi amânate.Ceea ce noii veniți ‘ nu văd, așa că nu ‘ sunt respinși de ei, sunt răspunsurile care spun întrebări de calitate scăzută care ‘ sunt proști.
• Wow, nu am fost ‘ numit prost în atât de multe moduri interesante în mod destul un timp. Îmi cer scuze dacă întrebarea ți-a fost suficient de esoterică, ‘ voi încerca și o voi face mai bine data viitoare, dar era vorba de fizică, nu era ‘ t despre programare, de exemplu, așa că nu ‘ nu știu care este problema ta. Dacă v-ați gândit atât de puțin la întrebare, de ce nu o votați și nu răspundeți? De asemenea, nu ‘ t ” am propus ” că se pot vedea atomi, am întrebat și, teoretic, nu practic, dar presupunând o rezoluție perfectă, atunci și folosind lumina vizibilă, cum ar arăta lumea ” ” la acea scară?

Lumea furnicilor este ordonată mult mai mult prin recepție chimică și feromoni decât prin vedere . Furnicile produc o serie de astfel de substanțe chimice care acționează ca semnale. Ei simt, de asemenea, alte substanțe chimice din mediul lor și, ca ceea ce s-ar putea numi un „super organism”, au o hartă colectivă, o hartă chimică, a terenului pe care îl locuiesc. sunt destul de mici. În cea mai mare parte scopul lor este de a simți schimbări bruște ale nivelurilor de lumină. O furnică care percepe astfel primește un semnal că un prădător ar putea fi prezent și deci ieșirea de acolo este în ordine.

Unele specii de baceterie au molecule de opsină care sunt fotoactive. Deci, recepția fotonilor poate duce la modificări ale activității căii moleculare. Molecula de rodopsină din ochii sau retina noastră are două stări conforme pentru recepția și nerecepția unui foton. Energia fotonului schimbă forma moleculei și aceasta acționează apoi pentru a iniția o cale moleculară GTP care este amplificată în cele din urmă într-un potențial de acțiune neuronală. Rodopsina este o formă a moleculelor de opsină, care în clasificarea lor generală se suprapun cu moleculele fotosintetice și la unele bacterii. Cu toate acestea, bacilii nu formează niciun fel de imagine a nimic.

Pentru ca un bacil să „vadă” un atom, ar trebui să detecteze razele gamma. Razele gamma sunt în mare parte în afara spectrului EM disponibil sistemelor biologice. De fapt, acestea sunt letale.

Comentarii

• Văd că ai fost retrogradat încă o dată :).
• I ‘ am combinat cele două instanțe ale contului (conturilor) dvs. Puteți semnaliza atenția moderatorului atunci când se întâmplă acest lucru.

În ceea ce privește funcția luminii: Da, puteți scădea (până la un punct). Am lucrat la un ASIC (Application Specific Integrated Circuit) care folosea un proces de 8 microni (Cro-magnon conform standardelor actuale). Nu am putut vedea detaliile acestor circuite în produsul finit (mult prea mic) DAR acestea erau realizat practic (simplific foarte mult) cu imaginile sale fotografice bit-bit produse de lumină (dincolo de raza de acțiune a luminii vizibile). Ca să spun asta într-un alt mod: detaliile rezolvabile disponibile de la lumină sunt mult mai îndepărtate decât ochiul uman fără ajutor poate vedea.

Biologii susțin că vulturii pot vedea detalii de 10 ori mai clare decât un om (iar ochiul unui vultur este semnificativ mai mic decât un ochi uman).

Ceea ce fac eu ” Nu știu, este în cazul în care dimensiunea fizică a ochiului limitează detaliile. Nu văd niciun motiv pentru care nu ar putea să scadă … Dar nu sunt biolog și (din fericire) nu sunt furnici. Ar fi interesant să aflăm unde se termină cei mai mici globi oculari și unde preiau alte aparate care văd.

Deci, exemplul tău de a ajunge acolo unde ai putea vedea bacteriile prezintă un punct interesant de rupere: teoretic nu există problemă la a vedea o bacterie (dimensiunea de aproximativ 1000 nm) la capătul inferior al luminii UV (capătul superior al luminii vizibile de om), lungime de undă de aproximativ 400 nm. Dar detaliile ar fi evident puțin cam neclare. Bacteria ar apărea ca o pată neclară și niciun ochelar nu ar ajuta. Limita teoretică pentru microscoapele optice moderne pentru a rezolva detaliile este de 200 nm (folosind lumină „verde” de 550 nm).