Vad ser myror?

De andra svaren om att man behöver stor optik för att se fina detaljer är verkligen sanna för gäller för konventionell bildoptik som känner av elektromagnetiskt farfield eller strålningsfält ie som vars Fourier-komponent vid frekvensen $ \ omega $ kan representeras som en linjär överlagring av planvågor med verkligt värderade vågvektorer $ (k_x , \, k_y, \, k_z) $ med $ k_x ^ 2 + k_y ^ 2 + k_z ^ 2 = k ^ 2 = \ omega ^ 2 / c ^ 2 $. Detta är den typ av fält som Abbe-diffraktionsgräns tillämpar och begränsar ”ögon” som våra egna innefattande bildoptik och näthinnor, eller till och med sammansatta ögon som de av en myra.

Detta är dock inte hela det elektromagnetiska fältet: mycket nära föremålen som interagerar med det, det elektromagnetiska fältet inkluderar nära fält eller evanenescent fältkomponenter . Dessa är generaliserade planvågor för vilka:

1. Komponenten i vågvektorn i någon riktning $ k_ \ parallell $ är större än vågnummer $ k $ och kan således koda rumsliga variationer som är potentiellt mycket mindre än en våglängd.

2. Komponenten i vågvektorn $ k_ \ perp $ ortogonal i denna riktning måste därför vara imaginär , så att $ k_ \ parallell ^ 2 + k_ \ perp ^ 2 = k ^ 2 $ kan uppfyllas.

Så sådana fält sönderfaller exponentiellt med avstånd från störningen till det elektromagnetiska fältet som födde dem och kan således normalt inte bidra till en bild som bildas av ett bildsystem.

Men om du kan föra dina bildsensorer tillräckligt nära störningen kan du fortfarande registrera detaljerna som är kodade i de finare än våglängden försvinnande komponenterna. Detta är principen för Scanning Nearfield Optical Microscope .

Det optiska mikroskopsensorn för nära fält kan verkligen vara extremt liten så att en bakterie storleksanpassad livsform kunde registrera detaljer under våglängden i världen runt den med receptorer byggda av några få molekyler så länge som livsformen var tillräckligt nära detaljerna i fråga. Observera att när $ k_ \ parallel > k $ att fälten förfaller som $ exp (- \ sqrt {k_ \ parallel ^ 2-k ^ 2} z) $ med stigande avstånd $ z $ från deras källor. Så det finns en avvägning mellan hur mycket finare än en våglängd vi kan se med en sådan sensor och hur nära källan vi behöver vara för att se den. Om vi vill se funktioner en tiondel av våglängden för det synliga ljuset, då $ k \ approx 12 {\ rm \ mu m ^ {- 1}} $ och $ k_ \ parallellt \ ca 120 {\ rm \ mu m ^ { -1}} $, så att närafältets amplitud sönderfaller med en faktor $ e $ för varje hundradels våglängd som är avlägsen från detektorns källa. Således förlorar vi cirka 10 dB signal / brusförhållande för varje hundradels våglängdsavstånd som skiljer detektorn och källan. Så för att känna av sådana fina detaljer (50 nm strukturer) från en mikron borta behöver extremt starka ljuskällor, så att detektorerna skulle ha en mycket ren signal.

Naturligtvis är ovanstående ett extremt exempel, men om du är en livsform med bakteriestorlek som direkt känner av fältet med hjälp av ett fint placerat spektrum av molekylära sensorer, kan du mycket väl kunna ”se” under våglängdsfunktioner i världen i ditt närmaste område. Dessutom är det möjligt att tänka sig en liten varelse som ”känner” sitt område med hjälp av molekylära atomkraftsmikroskop .

Så, ja, om du inkluderar all fysik och tar hänsyn till villkoret att du måste komma upp riktigt nära de avkända objekten, skulle det vara möjligt för en bakteriestorlek livsform att se detaljer under våglängden i dess omedelbara grannskap, kanske till och med enskilda atomer om vi inkluderar atomkraftavkänning.

Naturligtvis kan det vara en helt annan sak att packa all signalbehandling ”hjärna” i den livsform som behövs för att förstå denna information.

Myror har bara ögon med låg upplösning, förutom tre ocelli – enkla ögon – som bara upptäcker en total ljusnivå och polarisering, se

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

Deras förmåga att se detaljer – små föremål och deras egenskaper – är mycket sämre än för ryggradsdjur som vi. Att föreslå att djur – särskilt lika primitiva djur som myror – kunde se bakterier är otäcka.

Det synliga ljusets våglängd är ungefär en halv mikron – vilket också är storleken på många bakterier. Så du kan inte se någonting inuti bakterier med det synliga ljuset, inte ens med avancerad teknik. För att se mer detaljerade objekt måste du växla till röntgen eller elektroner och skapa bättre mikroskop.

Det är ännu mer orealistiskt att föreslå att en – eller till och med en myra – kan se en atom (som är 10 000 gånger mindre än en bakterie) genom synligt ljus.

Du kan inte bara skala upp saker och världen är inte oföränderlig under skaltransformationer, säger vi. Olika längdskalor ser olika typer av fysiska fenomen och olika fysiska föremål. Atomen av ett visst slag har alltid samma storlek och du kan inte skala upp den. Dessutom gjorde du inte ens skalningen ordentligt eftersom du inte skalade ljusets våglängd. Dessutom kräver vision med detaljerad upplösning några ”tillräckligt stora kretsar” för att hantera informationen etc.

Detta gäller förresten även för acceleratorer. LHC är vårt bästa ”mikroskop” som kan se avstånd som är kortare än $ 10 ^ {- 19} $ meter – men för att göra det krävs tunnlar med de bästa magneterna som är 27 kilometer långa. Objekt så små som myror kan inte se med den här bra upplösningen, och även om de kunde, kunde de inte hantera den enorma mängd information som deras ögon skulle ge dem.

Stor nog – t.ex däggdjur – se världen ungefär som vi gör. Det finns välkända skillnader mellan färgerna som olika däggdjur är känsliga för. Hundar är till exempel delvis färgblinda, relativt vad vi kan göra.

Kommentarer

• Frågaren angav specifikt i frågan att myrans vision var bara en metafor, och hans fråga handlade om ljusets natur. Det är inte ” löjligt ” att föreslå frågan, eftersom du kände behov av att ange mer än en gång. Det är löjligt att skämma bort nykomlingar i det här forumet för att ställa frågor, som du gjorde mot mig för ett ögonblick sedan (länk följer) och till denna fråga just nu.
• Kära Olhovsky, du ’ har inte rätt – eller vad ’ är rätt sätt att säga att du ’ är fel utan att skämma bort dig. 😉 Idén att man kan se bakterier eller atomer är löjligt främst och exakt eftersom det strider mot ljusets grundläggande natur, nämligen att det är gjort av vågor. Man kan använda alla metaforer men i slutet har fysiken ett innehåll som inte är en metafor. I mitt land som inte är i framkant lärs det faktum att ljuset är gjort av vågor på grundskolorna, så jag förbehåller mig rätten att säga att människor som inte känner till den här punkten saknar grundläggande utbildning.
• Och om frågan handlar om nykomlingar, låt mig säga att jag tycker att den senaste översvämningen av frågor av låg kvalitet är frustrerande. Syftet med denna server är inte att locka ett maximalt antal slumpmässiga ” nykomlingar ” som skriver godtyckliga ordsekvenser med minst en fråga märke. För bara några månader sedan var detta tänkt – och var nästan i praktiken – en äkta server för att ställa och svara på frågor om fysik av människor som faktiskt känner till lite fysik. – Och tack, Robert, förresten.
• @ Luboš, jag håller med om att kvaliteten på frågor har minskat, men jag tror att människor som faktiskt känner till en del fysik inte ställer frågor, oavsett skäl. När nykomlingar anländer hittar de omedelbart exempel på frågor som de tycker är mer dumma än deras fråga, så varför inte ställa den? De svåra frågorna är svåra att hitta och kommer sannolikt inte att besvaras. Om det fanns ett övervägande av hårda frågor, kan frågor av låg kvalitet skjutas upp.Vad nykomlingar inte ser ’, så att de ’ inte blir avskräckta av dem, är svaren som berättar frågor av låg kvalitet de ’ är dumma.
• Wow, jag har inte ’ t kallats dum på så många intressanta sätt på ganska ett tag. Jag ber om ursäkt om frågan var esoterisk nog för dig, jag ’ Jag försöker göra bättre nästa gång, men det handlade om fysik, det var inte ’ t om till exempel programmering, så jag ’ är inte säker på vad du har. Om du tänkte så lite på frågan, varför inte rösta ner den och inte svara på den? Jag

Myrvärlden ordnas mycket mer genom kemisk mottagning och feromoner än genom syn . Myror producerar en rad sådana kemikalier som fungerar som signaler. De känner också andra kemikalier i sin miljö, och som det som kan kallas en ”superorganism” har de någon kollektiv karta, en kemisk karta över den terräng de bor i.

Myror har sammansatta ögon och de är ganska små. För det mesta är deras syfte att känna av plötsliga förändringar i ljusnivåer. En myra som uppfattar sådant får då en signal om att något rovdjur kan vara närvarande och det är i ordning att komma ut därifrån.

Vissa arter av baceteria har opsinmolekyler som är fotoaktiva. Så mottagning av fotoner kan resultera i förändringar i molekylär vägaktivitet. Rhodopsin-molekylen i våra ögon eller näthinnan har två konforma tillstånd för mottagning och icke mottagande av en foton. Fotonens energi förändrar formen på molekylen och detta verkar sedan för att initiera en GTP-molekylär väg som slutligen förstärks till en neural åtgärdspotential. Rhodopsin är en form av opsinmolekyler, som i sin allmänna klassificering också överlappar fotosyntetiska molekyler i vissa bakterier. Basillerna bildar emellertid ingen bild av någonting.

För att en basille ska ”se” en atom skulle de behöva upptäcka gammastrålar. Gammastrålar ligger till stor del utanför EM-spektrumet som är tillgängligt för biologiska system. De är faktiskt dödliga.

Kommentarer

• Jag ser att du blev degraderad igen :).
• I ’ har sammanfogat de två instanserna av ditt eller dina konton. Du kan flagga för moderatoruppmärksamhet när det händer.

Så långt ljusets funktion går: Ja, du kan skala ner (till en punkt). Jag har arbetat med en ASIC (Application Specific Integrated Circuit) som använde en 8 mikron process (Cro-magnon enligt dagens standarder). Jag kunde inte se detaljerna i dessa kretsar i den färdiga produkten (alldeles för liten) MEN de var gjort i grund och botten (jag förenklar det väldigt mycket) med dess bitiga fotografiska bilder som produceras av ljus (bortom det synliga ljusets räckvidd). För att säga det på ett annat sätt: den upplösbara detalj som är tillgänglig från ljus är långt, långt finare än det ohjälpta mänskliga ögat kan se.

Biologer hävdar att örnar kan se ungefär 10 gånger skarpare detaljer än en människa (och en örns öga är märkbart mindre än ett mänskligt öga).

Vad jag inte gör ” Jag vet inte, det är där den fysiska storleken på ögat begränsar detaljerna. Jag ser ingen anledning till varför det inte kunde skala ner … VÄG ner. Men jag är ingen biolog och (tack och lov) inte en myra. Det skulle vara intressant att ta reda på var de minsta ögonbollarna slutar och var andra apparater ser över.

Så, ditt exempel på att komma ner till där du kunde se bakterier utgör en intressant brytpunkt: Det finns teoretiskt ingen problem att se en bakterie (storlek ca 1000 nm) vid den nedre änden av UV (övre änden av människans synligt) ljus, våglängd ca 400 nm. Men detaljer skulle uppenbarligen vara lite dimmiga. Bakterien skulle framstå som en suddig blob, och inga glas skulle hjälpa. Den teoretiska gränsen för moderna optiska mikroskop för att lösa detaljer är 200 nm (med 550 nm ”grönt” ljus).