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科学家证明人眼睛最小分辨能力为3个光子

检测人眼睛分辨率的一项实验获得最可靠证据,人眼睛最小能分辨出3个光子的光线强度改变。

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实验时让受试者坐在一个暗室内,然后检测人眼是否能分辨出一个光子的差别,该研究是伊利诺伊大学物理学家Rebecca Holmes在2015年6月10日于俄亥俄州哥伦比亚召开的美国物理学会上的报告内容。Holmes这个实验是希望用人眼睛研究量子效应,例如光子可在同一时间出现在两个位置。


1940年代以来,科学家一直试图检测人眼的最大分辨率,就是最小能分辨出几个光子的差别。视网膜视杆细胞能在黑暗背景下看到灰色的形状,对光线具有强大的敏感性。用蛙的视网膜视杆细胞实验发现,一个光子就可以激活视杆细胞。


但是因为视网膜为了获得准确的视觉信号,避免错误,需要降低信息噪音,因此一个光子引起的细胞兴奋并不能形成视觉神经冲动。对于人类来说,超过90%的光线,也可能是97%的光线并不能有效到达视网膜视杆细胞,大部分光线会被眼睛的其他部分如晶状体反射或吸收掉,所以大部分光线并不能被视网膜感受到。


Holmes的研究结果是人视网膜能分辨2-7个光子,她说这个结论是暂时的,任何科学家都不可能知道这个值是具体几个光子,科学家只能估计这个数值(物理学习惯)。


利用光量子实验室的优势,Holmes能对每束光线的光子数进行准确计数。过去从没有人用这个技术进行人类视觉分辨率的研究。


Holmes等让受试者坐在暗室内,注视一个十字准星,然后询问受试者,回答光线左右运动的方向,尽管他们自己认为什么都没有看到。Holmes自己也参与了多次实验,她声称确实什么都没有看到。


为检测是否人的视网膜能探测到3个光子,她们用30个光子照射人眼睛,希望其中10%,也就是3个光子能进入视网膜的视杆细胞。以志愿者回答的结果超过猜测随机为标准进行判断。瑞士日内瓦大学光量子科学家Nicolas Gisin,认为,这个实验是目前最好的关于人类眼睛的最大灵敏性的证据。就是能探测到3个光子。


 Holmes说现在还没有收集足够数据,无法得出结论是否视网膜能探测一个光子。研究量子效应,典型的方法是用显微尺度,这一小组也希望一次发射一个光子进入人眼睛,而不是30个光子,但是这会明显降低探测几率。为提高效率,Holmes或许采用受试者脑电图作为判断方法,她们现在正在训练使用脑电图(或许是视觉诱发电位)。


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