Меню

Инфракрасный свет человек видит



У людей есть инфракрасное зрение

Фармаколог Кшиштоф Пальчевский (Krzysztof Palczewski) из Case Western Reserve University в Кливленде (США) провел интересный эксперимент, который доказывает, что глаза людей могут воспринимать свет, лежащий далеко за пределами видимого диапазона. Эффект проявляется, когда пара инфракрасных фотонов одновременно ударяет в одну и ту же молекулу пигментного белка в сетчатке глаза. Энергии двух фотонов достаточно, чтобы запустить химические изменения, которые наш мозг интерпретирует как видимое световое пятно.

Общепринятая точка зрения гласит, что глаза человека могут видеть свет с длиной волны между 400 нм (синий) и 720 нм (красный). Это касается обычного света, но с появлением лазеров в распоряжении людей оказался очень специфический источник света. Удивительно, но многие люди утверждают, что видят лазерный свет на длине волны выше 1000 нм, что, по идее, лежит выше границы чувствительности наших глаз.

Инфракрасное зрение в диапазоне около 1000 нм дает не так много информации об окружающей среде, но зато позволяет лучше видеть в темноте

Сам Кшиштоф Пальчевский, по его словам, видит свет низкоэнергетического лазера с длиной волны 1050 нм. Ученый заинтересовался этим явлением и решил провести эксперимент с восприятием ИК-света на 30 добровольцах. Как оказалось, люди действительно могут видеть инфракрасный свет с длиной волны около 1000 нм.

Пальчевский также проверил две гипотезы происхождения «ИК-зрения». Одна из них предполагает, что свет с большой длинной волны при столкновении с коллагеном в соединительной ткани глаза, порождает небольшое количество фотонов на половине длины волны (эффект генерации второй гармоники). Сетчатка обнаруживает эти фотоны, и нам кажется, что мы видим непосредственно луч света, поступивший из его источника.

Согласно второй гипотезе, инфракрасный свет является результатом явления, известного как двухфотонная изомеризация (процесс изомеризации при двухфотонном поглощении света). В данном случае фотоны попадают на молекулы фоторецепторов одновременно, в результате глаз «суммирует» сигнал и «считает», что это был свет видимого диапазона.

Для проверки первой гипотезы, команда ученых удалила коллаген с сетчатки мышей и измерила реакцию глаз грызунов на световые лучи с различными длинами волн. В итоге выяснилось, что сетчатка реагирует на лазерный свет с длиной волны 1000 нм точно так же, как и здоровая человеческая сетчатка с коллагеном. Кроме того, исследователи взяли кристаллы зрительного пигмента родопсина и обнаружили, что под воздействием 1000-нм лазера они меняют цвет с красного на желтый, но при этом не имеют характерной «подписи» генерации второй гармоники. Таким образом первая гипотеза «инфракрасного зрения» опровергнута.

Хоть ученые и не получили прямых доказательств второй гипотезы, но все косвенные факты свидетельства на нее. Проведенное компьютерное моделирование показывает, что два низкоэнергетических фотона могут перевести родопсин в возбужденное состояние, аналогичное тому, что наблюдается при поглощении одного фотона видимого света. Те же расчеты также показывают, что явление должно наблюдаться в диапазоне волн 1000-1100 нм — это как раз и подтверждают эксперименты. То, что люди лучше видят именно лазерный свет, объясняется очень просто: большей вероятностью одновременно «поймать» парные фотоны из когерентного лазерного пучка.

В настоящее время ученые из различных университетов хотят повторить эксперименты Кшиштофа Пальчевского, например химик Массимо Оливуччи (Massimo Olivucci) из университета Bowling Green State в Огайо хочет проверить расчеты в опытах на приматах и людях, а затем создать генно-модифицированных лабораторных животных, которые смогут видеть в инфракрасном диапазоне.

Читайте также:  Где встает солнце часть света

Возможно, раскрытие механизма чувствительности человеческого глаза к ИК-свету в диапазоне около 1000 нм поможет разработать новые типы приборов ночного видения или, в более отдаленном будущем, генную терапию, которая даст людям возможность видеть в темноте не хуже кошки.

Источник

Как люди и животные воспринимают свет

Глаз человека устроен таким образом, что видеть в полной темноте он не может. Это связано с особенностью зрительной функции. Чтобы глаз смог зафиксировать изображение какого-либо объекта, нужно чтобы световые лучи,отразившись от него, попали на сетчатку глаза. Для того, чтобы человеческий глаз видел предметы, освещение может быть природным или искусственным. Восприятие объектов глазами животных и птиц отличается от человеческого видения, так как устройство органов зрения у некоторых представителей фауны рассчитано на особенности их среды обитания.

Механизм восприятия световых лучей

Свет является высокочастотными электромагнитными волнами. Глаза человека воспринимают только определенную частоту этих волн, а остальные являются для глаза невидимыми. Источники световых волн могут быть первичными и вторичными. Солнце и лампы являются первичными, а вот вторичными являются все остальные объекты, отражающие свет. Если объект прозрачный и не отражает свет, тогда для глаза он невидимый. То же происходит и в полной темноте, когда все находящиеся вне поля освещенности предметы невидимы для глаз.

Устройство глаза рассчитано на восприятие диапазона световых волн в пределах 400-790 ТГц, поэтому инфракрасное и ультрафиолетовое излучение человек не видит. Диапазон частот, которые видит человек, называют видимым излучением. У животных этот диапазон отличается, поэтому птицы и пчелы, к примеру, видят ультрафиолетовое излучение, находящееся в диапазоне с длинной волны 300-400 нм. Также различают ультрафиолетовые лучи рептилии, рыбы, ракообразные и моллюски.

Такая способность у животных развита для обеспечения выживания в естественной среде, для охоты, поиска еды или защиты от хищников. Пчелы при помощи ультрафиолетового света видят цветы и пыльцу. Видение животными уф-лучей обеспечивается за счет особого строения глаза, а вот для человека такое излучение является опасным, поэтому и блокируется. Также во время блокирования ультрафиолетового излучения острота зрения усиливается.

Инфракрасные лучи животные видеть не могут так же, как и человек. Глаз животного не настроен на восприятие инфракрасного излучения, но при помощи расположенных на разных участках тела рецепторов некоторые представители фауны могут чувствовать тепловое излучение. Человеку для распознавания инфракрасного излучения нужно дополнительное применение специального прибора – тепловизора.

Как человек и животные видят цвета

Человеческий глаз имеет в структуре сетчатки особые чувствительные фоторецепторы, которые обеспечивают восприятие окружающих объектов. Так для обеспечения сумеречного видения на сетчатке есть палочки, а для цветного восприятия окружающего мира – колбочки (для распознания синего, зеленого и красного цвета в спектре). Комбинация этих основных цветов спектра дает возможность распознавать человеку тысячи оттенков. При очень сильном освещении активируются одновременно все фоторецепторы, поэтому человек видит слепящий белый цвет.

В случае отсутствия или нарушения в функционировании колбочек для восприятия того или иного цвета спектра возникает заболевание дальтонизм. Человек с дальтонизмом может не воспринимать определенный цвет спектра или идентифицировать его ошибочно, путая зеленый и красный, например.

У большинства млекопитающих структура глаза устроена таким образом, что они могут воспринимать только черный и белый цвета. Особенность их глаз заключается в высокой чувствительности к оттенкам серого. Собаки, к примеру, отличают очень много серых оттенков. Именно поэтому многие ошибочно полагают, что собаки могут отличать цвета. На самом деле они безошибочно идентифицируют оттенок серого, но не цвет в его естественном проявлении.

Читайте также:  Нексия свет от бардачка

Источник

Ученые объяснили, как глаз человека может видеть инфракрасный свет

В обычных условиях человек не может видеть инфракрасный свет, так как волны в этом диапазоне длиннее тех, что способен воспринимать человеческий глаз. Видимая часть спектра охватывает длины электромагнитных волн от 400 до 720 нанометров. До сих пор в научной литературе встречались лишь отрывочные сведения о том, что человек способен видеть излучение с длиной волны более 900 нанометров, а возможных механизмов этого явления предлагалось несколько.

Владимир Кефалов из университета Вашингтона в Сент-Луисе и его коллеги при работе с инфракрасными лазерами заметили, что иногда видят бледно-зеленые вспышки. Это наблюдение заставило их исследовать вопрос, может ли человек видеть инфракрасное излучение. Они провели эксперименты на клетках сетчатки мыши и человека и обнаружили, что при коротких вспышках инфракрасного лазера сетчатка иногда обрабатывает ИК-излучение как видимый свет.

Зрение работает благодаря активации светочувствительных пигментов в фоторецепторах сетчатки глаза светом видимого диапазона. Когда фотон попадает на сетчатку, он взаимодействует в ней со светочувствительным пигментом, что запускает процесс обработки светового сигнала. В глазу есть четыре разных типа пигментов, но каждый из них всегда поглощает один фотон, причем энергия фотона должна быть не больше и не меньше определенного значения. Владимир Кефалов и его коллеги пришли к выводу, что в случае с ИК-диапазоном один пигмент иногда поглощает одновременно два фотона с большой длиной волны и энергией, которая ниже порога активации пигмента. Пигмент активируется за счет сложения энергии двух фотонов. Этот эффект, называемый бифотонным поглощением, используют современные флуоресцентные микроскопы для активации красителей инфракрасным излучением.

В инфракрасном диапазоне волны слишком длинные, человек не мог их видеть, однако при определенных условиях это все-таки возможно © Sara Dickherber

.«Мы используем результаты этих экспериментов для того, чтобы попробовать разработать новый инструмент, который позволит врачам не только обследовать глаз, но и стимулировать определенные части сетчатки, чтобы определить, правильно ли она функционирует», — сказал Кефалов, чьи слова приводятся в пресс-релизе университета Вашингтона.

Источник

Незримый свет. Когда человек может видеть инфракрасное излучение?

Результаты последних исследований показывают, что так называемый видимый диапазон электромагнитного излучения можно расширить: оказывается, человек может в некоторых случаях видеть инфракрасный свет, несмотря на то, что он считается полностью невидимым для нашего глаза.

Серия экспериментов продемонстрировала, что подобный эффект возникает в результате того, что два инфракрасных фотона одновременно попадают на один пигментный белок глаза. Из-за этого выделяется энергия, инициирующая химические изменения, которые позволяют нам увидеть первоначально невидимый свет.

Наука гласит, что глаз человека способен разглядеть электромагнитные волны с длиной волны от 400 нанометров (синий свет) до 720 нанометров (красный свет). Тем не менее, известны случаи, когда люди видели специфический инфракрасный лазерный свет с длиной волны более 1000 нанометров и интерпретировали его как белый, зелёный или другие цвета.

Кшиштоф Палчевский, фармаколог университета Кейс Вестерн Резерв, говорит, что он видит свет с длиной волны около 1050 при низком уровне энергии лазера.

Читайте также:  Желаем света яркого солнца тепла

«Бывает, что такое излучение можно увидеть невооружённым глазом», — утверждает Палчевский в пресс-релизе.

Вместе со своими коллегами фармаколог выступил в роли ведущего автора нового исследования. Чтобы проверить, является ли чувствительность к инфракрасному свету уникальной для некоторых людей или же она встречается довольно часто,

Палчевский решил провести эксперимент. Он пригласил в свою лабораторию 30 здоровых добровольцев, которым провёл сканирование сетчатки пучком света низкого уровня энергии. Длина волны света периодически изменялась. Когда длина волны была доведена до уровня инфракрасного излучения, участники поначалу не видели света, но затем стали сообщать о том, что видят пучок.Длина волны на тот момент составляла более 1000 нанометров.

Это феноменальное явление оказалось присуще людям в целом, и Палчевский задался вопросом: как человек может видеть свет, который в принципе считается незримым? Существует две возможные гипотезы, которые способны объяснить этот феномен.

Первая из них предполагает, что свет с большой длиной волны попадает на коллагеновые волокна соединительной ткани глаза, тогда небольшое количество энергии излучения превращается в фотоны с длиной волны около половины длины волны первичного света. Это явление называется генерацией второй гармоники (ГВГ). Сетчатка затем детектирует этот видимый свет и заставляет мозг думать, что он пришел прямо из источника.

Вторая гипотеза гласит, что «инфракрасное зрение» является результатом явления, известного как двухфотонная изомеризация. Молекулы фоторецепторов в глазу поглощают энергию отдельных фотонов в обычном видимом диапазоне. Это побуждает молекулы изменить свою форму и вызвать цепь событий, которая позволяет нам видеть незримое излучение.

Но если два фотона, несущие каждый по половине энергии — и, следовательно, вдвое меньшую длину волны — попадают в глаз одновременно, то их энергии суммируются и, возможно, вызывают такую же изомеризацию, как и единичный «видимый» фотон.

Для проверки первой гипотезы Палчевский и его команда удалили коллаген из сетчатки глаза мыши и измерили реакцию животных на свет различных длин волн. Но сетчатка мыши среагировала на 1000-нанометровый лазерый так же, как и сетчатка человека с присутствующим коллагеном. Эти результаты позволили предположить, что генерация второй оптической гармоники в данном случае роли не играет.

Другое доказательство неверности первой гипотезы обнаружилось в ходе дополнителного опыта на мышах. Исследователи взяли кристаллы фоторецепторов белка родопсина у мышей и подвергли их воздействию инфракрасного излучения. Под светом с длиной волны в 1000 нанометров кристаллы изменили свой цвет с красного на жёлтый.

Если бы ГВГ была причиной изменения цвета, то спектр света, излучаемый кристаллами родопсина, имел бы характерный отпечаток, но ничего подобного исследователи не увидели.

Учёные пока не имеют экспериментальных доказательств в пользу второй гипотезы, утверждающей, что инфракрасное зрение объясняется двухфотонной изомеризацией. Тем не менее, компьютерное моделирование показало, что именно такое объяснение является пока единственно верным.

Квантово-химические расчёты демонстрируют, что родопсин может поглотить два низкоэнергетических фотона. При этом возбуждённое состояние двух фотонов в момент столкновения будет таким же, что и при попадании на белок глаза одного фотона видимого света.

Те же расчёты показывают, что двойная абсорбция должна достичь своего пика между 1000 и 1100 нанометрами, а это полностью согласуется с экспериментальными наблюдениями.

Источник