如何讓人眼看見不可見光

2021-01-08 網易科技

自1671 年，牛頓在他的光學試驗說明中使用了「光譜」這個詞以來，科學的發展讓人們越來越意識到，人眼可見光的範圍極其有限，僅局限于波長範圍390到700納米之間，屬於電磁波的一個區間。而在這個龐大家族中，還有很多是肉眼不可見光，比如紅外光和紫外光。

然而，近日一項研究發現，通過特殊的刺激，可以讓人眼在短時間內看到超出正常可見範圍的雷射。這一瞬間的改變，能給人們帶來什麼呢？

強刺激讓人看到紅外光

12月初，美國華盛頓大學聖路易斯醫學院合作帶領的一支國際科學家小組，利用老鼠和人類的視網膜細胞，以及能夠釋放紅外光脈衝的強大雷射，發現當雷射高速發送脈衝時，視網膜裡的感光細胞有時候能夠接收到紅外能量的擊打。當這一情況發生時，人眼能夠檢測位於可見光範圍以外的光。

這項研究始於研究小組裡的某些科學家報告稱在利用紅外雷射工作時偶爾會看到綠色閃光。研究人員根據報告重複進行了據稱看到紅外光的實驗，並分析了不同雷射釋放出的光，最終發現，脈衝越短的雷射越容易被人眼捕捉。

一般來說，光子被視網膜吸收後，後者會創造一個名為感光色素的分子，並開始將光轉化為視覺的過程。實現這一過程依靠的是視網膜中的視錐細胞。「視網膜中包含兩種細胞，一種是視錐細胞，一種為視杆細胞。前者負責色彩，後者主管明暗。」北京軍區總醫院眼科主任醫師李耀宇在接受《中國科學報》記者採訪時說。

在標準視覺裡，大量感光色素裡的每一個色素會吸收一個光子。而脈衝頻率較高的雷射的短脈衝裡堆積的大量光子使得單一色素一次吸收兩個光子變為可能，而兩個光子結合的能量足以激活色素從而使得研究人員能夠看到正常情況下不可見的光。

「這項研究結果還是有可能實現的。」李耀宇表示。因為在視錐細胞中，又分為三類細胞，分別對長、中、短波長的光敏感，即紅、綠、藍三原色。當視錐細胞中的三類細胞同等地受到刺激時，來自各方面的神經衝動在視皮質的綜合下即形成白色感覺，其中任一種單獨受刺激時，人們便能看到相應的色覺，而當三種物質受到不同比例的合併刺激時，通過三原色疊加比例不同，人們就能看到不同的色彩了。

此時，如果對紅色敏感的視錐細胞，捕捉到不可見光的刺激，達到可見光的範圍，那麼本來無法看到的紅外光也可以暫時看到了。研究人員解釋道：「如果一對1000納米長的光子快速連續擊中視網膜裡的一個色素分子，那麼這些光子傳遞的能量與一個500納米波長光子一次撞擊所產生的能量相同，而這恰好位於可見光譜範圍以內，這就是為什麼人們可以看見不可見光。」

或可為眼科檢查所用

這項被發表在《美國國家科學院院刊》上的文章稱，研究人員已經在研究如何將兩分子方法應用於新型檢眼鏡，它將幫助醫師檢查病人眼睛內部情況。醫生可以通過向病人眼睛照射紅外脈衝雷射，刺激視網膜部分以了解健康眼睛和患有視網膜疾病，例如黃斑變性的病患眼睛的結構和功能。

對於雷射用於眼科檢查，李耀宇表示贊同：「在進行眼底檢查時，一般使用黃光。但是眼底的某些病變，可能在紅色或者綠色雷射中更明顯，而如果只通過黃光一種手段進行檢查，該病變則可能被忽略了。按照這一原理，如果使用紅外光進行檢查，也可能會查出其他病變。」

「比如在某種眼科疾病狀況下，某類細胞異常活躍，如果通過特定的光，讓這種細胞變得容易辨識，那麼醫生就能認為某種疾病就對此類光線敏感。」李耀宇說，「再比如，青光眼確診時需要進行視野檢查，這一檢查過程往往使用藍光進行。」

無法在某一範圍內看到藍光的人，便說明其視野窄，相對應的便是視網膜中的對於藍光敏感的細胞減弱，而不是總的視錐細胞功能減弱。以此類推，有些疾病可能就會對紅光比較不敏感，那麼確診的就將是另外的疾病了。」

不可見光的世界

人類對於不可見光的研究始於1800年。天文學家威廉·赫歇爾藉由溫度計溫度的上升，發現有一種看不到的輻射，其頻率低於紅色光，進而發現了紅外光的存在。一年後，德國的一位物理學家發現了紫外線。之後，科學家們絞盡腦汁期望捕捉更多人眼不可見的光波。

如今，人們已經可以通過儀器觀察到超出可見光譜的存在。「利用紅外圖像，軍事上可以根據飛彈的尾焰進行熱追蹤。」北京理工大學光電信息技術與顏色科學研究所副研究員翁冬冬告訴《中國科學報》記者，「而且，紅外光的儀器針對某些特殊目標識別更有效，其在可見光裡不明顯，但在紅外光下，就像是白雪皚皚的環境中有人穿了紅衣服一樣容易被找到。同樣，在溫度低的地方，紅外光儀器也能很容易就捕捉到熱源，而且特殊金屬對於紅外光的反射也不一樣。」

當然，科學家們也並不滿足於儀器輔助。去年，曾有科研團隊發表論文，闡述了一種與上述科學家們利用雷射刺激眼睛以看到紅外光異曲同工的方法。有個名為「Science for the Masses」的團隊開展了利用改變營養吸收的方式提升人類的視力界限，達到近紅外線的水平。

這個團隊在實驗對象的飲食中限制維他命A1 攝取量，同時增加維他命A2的吸收，結果實驗對象的眼睛開始對850nm和950nm的LED燈閃爍產生反應，也就是說他們的眼睛開始對近紅外線有感覺。

在那個肉眼不可見的世界，「未必人們會覺得美好。但是有些生物可能本身發出的是紅外光，如果眼睛可以捕捉到紅外光，那麼世界可能會大不一樣。」李耀宇說。（來源：中國科學報）

本文來源：網易探索 責任編輯： 王曉易_NE0011

相關焦點

  • 如何讓人眼看見不可見光|不可見光|光譜|雷射_網易科技
    而在這個龐大家族中，還有很多是肉眼不可見光，比如紅外光和紫外光。然而，近日一項研究發現，通過特殊的刺激，可以讓人眼在短時間內看到超出正常可見範圍的雷射。這一瞬間的改變，能給人們帶來什麼呢？強刺激讓人看到紅外光12月初，美國華盛頓大學聖路易斯醫學院合作帶領的一支國際科學家小組，利用老鼠和人類的視網膜細胞，以及能夠釋放紅外光脈衝的強大雷射，發現當雷射高速發送脈衝時，視網膜裡的感光細胞有時候能夠接收到紅外能量的擊打。當這一情況發生時，人眼能夠檢測位於可見光範圍以外的光。
  • 科學家研究新技術激活人眼 或能看見紅外光
    例如X射線、無線電波和紅外光波等不可見光都超出了可見光譜的範圍。然而，由美國華盛頓大學聖路易斯醫學院合作帶領的一支國際科學家小組發現在某些特定的情況下，人眼或可能可以感知到紅外光。當這一情況發生時，人眼能夠檢測位於可見光範圍以外的光。「藉助這些實驗結果，我們試圖研發一種新型工具，使得醫師不僅可以檢測雙眼，還能夠刺激視網膜的特定部分以確定視網膜功能是否正常，」高級調查員、華盛頓大學眼科學和視覺科學的副教授弗拉基米爾·克伐洛夫（Vladimir J. Kefalov）博士這樣說道。「我們希望這項發現最終將產生某些實際的應用。」
  • 光波的奧秘:關於可見光和不可見光
    如果你只能看見一種顏色那會怎麼樣？想像一下，比如說你只能看見紅色的東西，而其它所有東西對你來說都是隱形的。實際上，我們一直都是這樣生活的，因為我們的眼睛只能看到全光譜中微不足道的一部分。我們每天都被不同的色彩所包圍，但它們對人眼都是看不見的。從攜帶你最愛歌曲的無線電波，到醫生用來觀察人身體內部的X光線，還有可用來加熱食物的微波。
  • 如果人眼能看見所有電磁波會發生什麼?相當於有特異功能!
    我們都知道人眼能看見的電磁波是在一定波長範圍內的（380nm-780nm之間）這些被稱之為可見光，而人眼感光的視錐細胞只對RGB三個波長範圍的光比較敏感，所以導致了人類只能看見部分的電磁波，也就是人眼只能看到我們現在看到的世界，但其實我們的世界本質上並不是我們現在看到的！我們的世界中還密布著許多我們看不見的電磁波，只有部分動物可以看見。那麼如果人眼能看見所有電磁波會發生什麼呢？
  • 特定條件下人眼也能看見紅外光
    原標題：特定條件下人眼也能看見紅外光 　　任何科學教科書都會告訴你，我們是看不見紅外光的。紅外光就像X射線和無線電波，都在可見光譜以外。但最近一個國際研究小組發現，在特定條件下，人的視網膜也能感覺到紅外光。
  • 如果人眼能看見所有波長的光:如此恐怖!
    下面是一張電磁波譜圖，從圖中可以看見很多不同種類的電磁波。可見光也是電磁波中的一種，它是人類能夠直接感受而察覺的電磁波極少的那一部分。其實，宇宙中的幾乎所有物質都會發出無線電波，因此能夠看見無線電波可不是什麼好事，對大腦來說就更糟了！大腦會一直處於無休止接收信息狀態，不斷的光以及顏色湧入人的眼睛，指不定哪一天就瞎了，也可能會信息爆炸，人也會發瘋的。微波宇宙大爆炸的餘輝形成瀰漫整個宇宙的背景光，這是一種微波。
  • 人眼如何看見顏色?
    今天咱們來聊一下我們是如何看到顏色的！首先顏色不屬於物理學，而是屬於生理學，為什麼這麼說，因為我們一般說到顏色，或者看到了某種顏色的光。這就意味著你看到了某種顏色的光。這是完整的描述。因為光是一種電磁波。
  • 可見光「可見」的秘密
    還有可見光被人的眼睛視網膜接受並轉化為電信號究竟發生了什麼？光是如何被識別並轉化為電信號的？為什麼說太陽光輻射與人眼構造和指標精密匹配？為什麼牛頓說：「光本身沒有顏色，光的顏色來自人類視覺系統的主觀感受」？
  • 科學家研發出夜視眼藥水 未來人類或能看見紅外光
    據外媒報導，科學家已經研發出一種夜視眼藥水，未來人類或能看見紅外光（通常肉眼不可見）。科學家想出了一種方法來給予哺乳動物「超級英雄式」的視力。這項開創性的研究最初側重於用老鼠進行測試，但同樣的原則應該 - 在理論上 - 適用於所有哺乳動物。
  • 若人能看見所有光波,這個世界會變成什麼樣?
    這不能說人的聽覺不靈敏，只能說人在進化的過程中，沒有選擇這一結果，而蝙蝠卻選擇了。不管是聲波還是電磁波，都有一定的波長。電磁波的波長跨度從萬分之一納米跨度到千米，但是人類的眼睛只能看到380納米~780納米的波長段。為什麼人類的眼睛只能看到這個小範圍的波長段呢？這應該就是人類進化自然選擇的結果。這一選擇都是為了人類能夠更好地生存。
  • 《眼生萬物》:五彩世界背後,原來藏著這三層可以「看見」的演變
    為什麼我們能看見這些奇妙的顏色？」這樣的問題，我猜咱們都曾疑惑過或是被問起過。而這本《眼生萬物——看見看不見的「視」界》恰巧揭開了這些問題的神秘面紗。《眼生萬物》是英國著名的科普作家，倫敦動物學會高級科研員史蒂夫 帕克的作品。
  • 擁有一雙超能力眼是什麼體驗
    舉個例子，如果我們把最長的電磁波波長放大成月球離地球的距離，那人類的可見光的波長只在5～10釐米之間，只是極小的一段。這段電磁波通過人眼轉換信號，我們就看到了七彩的世界，可是其他的動物看到的光卻跟我們不一樣，它們的世界也跟我們看到的不同。
  • 水和空氣均無色透明，為何我們能夠看見水，卻看不見空氣？
    純淨的水是無色透明的，乾淨的空氣也是無色透明的，人眼看不見空氣，卻為何能夠看見水？同樣是無色透明的物質，為啥存在這樣的差異？什麼是無色透明？通常所說的透明是對可見光而言的。人是如何看見世界的？人類能夠通過眼睛接收電磁波，可只能感知可見光波段，經由神經系統處理後形成視覺，腦子中便有了世界的模樣。雖然任何有溫度的物體都能發光（紅外光），可人眼只能接收可見光，波長大約在400~760納米之間，超出這個範圍就感知不到了。
  • 黑暗中也能傳送數據的可見光
    美國達特茅斯學院(Dartmouth College)的研究人員為可見光通訊(VLC)賦予全新的功能，透過將傳送的數據編碼成一種人眼無法察覺但可經由光電二極體偵測的超短頻率脈衝，使得可見光也可以在光線暗淡或黑暗的環境中傳送數據。
  • 無需用眼,大腦直接成像,失明的人也能重新「看見」
    繞過人眼，只需往大腦中植入一個裝置，在電流刺激後，就可以讓失明患者成功復明？對，沒錯，這不是科幻片，這是科學家們對於失明患者重獲視覺的一項研究。這種植入視覺的研究，已經持續了數十年，由於植入裝置上的局限，目前能重現的視覺像素，還非常有限。
  • 天空和雲的顏色是如何形成的？
                人眼是如何看到顏色的？除了發光物體，不發光的物體能夠反射光線，所以才能被我們看見。人眼視網膜內存在兩種類型的感光細胞：視錐細胞和視杆細胞。視細胞能夠將光學信號轉化為電信號，人腦中掌管視覺的區域接收到這種電信號，便能在大腦中生成看見的景象。人眼視網膜中大約包含1.2億個視杆細胞，它主要負責分辨明暗程度及動態信息；人眼視網膜中大約有700萬個視錐細胞，它主要負責感知顏色和強光。
  • 可見光也能「透視」肉身
    2007年，身為荷蘭恩斯赫德特文特大學教授的他和自己團隊裡的一名學生Ivo Vellekoop一起工作時，用一束可見光穿透了一面「固體牆」——表面覆蓋著白色油漆的玻璃滑片——然後讓這些光聚焦在滑片的另一邊。當時他們對於如何應用這一現象並沒有產生確切的想法。「我只是想試一試，因為之前從沒有人這樣做過。」Mosk說。可以說，當時兩位研究人員頭腦中除了一個模糊的影子，並沒有其他的想法。
  • 如果人眼能看見所有波長的光會怎樣?絢麗多彩,但後果卻很嚴重!
    如果人眼能看見所有波長的光會怎樣？絢麗多彩，但後果卻很嚴重！眾所周知，人體的肉眼可以直觀看到的，關於電磁波的波長在400到700nm之間。我們肉眼能夠看見的自然光在光學中統稱為白光，能夠折射出紅、橙、黃、綠、藍、紫的顏色。自然光的波長範圍在380-780nm之間。這就是我們常說的肉眼可見光，而小於這個範圍的光，稱之為紫外光，大於這個範圍的稱之為紅外光，根據波長的不同還能給細分不同長度的紅外光線。但可見光僅僅是人類能夠直觀感受到電磁波的一部分，而它的的範圍，涵蓋了許多不同的波長。
  • 可見光光譜轉換CIE色度坐標
    這是因為我們人眼底部有三種不同類型的視錐細胞，他們分別對紅色，綠色和藍色敏感，產生強度。當任意波長的光進入到眼睛裡，三種細胞對其產生不同程度的響應，疊加輸出到我們的大腦中，形成了「顏色」。（三種視錐細胞S,M,L的可見光波長響應曲線 from wikipedia）     因此，我們可以通過人為控制三種顏色的疊加來『模擬』出所需要的可見光波長的視覺效果。
  • 科學家想將人眼改造成夜視儀,裸眼就能看清黑暗中的物體
    圖片來自：Wikipedia夜視儀很多人都不陌生，目前主要有三種類型：主動式紅外夜視儀、微光夜視儀和熱成像夜視儀。其中主動式紅外夜視儀誕生最早，是德國在二戰時期的發明，原理是向外發射紅外光束，並將目標反射的紅外圖像轉換成為可見光圖像。但這種夜視儀也有一個重大缺陷，那就是容易被敵人的紅外線探測儀發現。