Η όραση μπορεί να καταγράφει τα αλλόκοτα κβαντικά φαινόμενα του φωτός

Τα ανθρώπινα μάτια μπορούν να βλέπουν λάμψεις αποτελούμενες από μόλις τρία φωτόνια, αναφέρουν κβαντικοί φυσικοί στις ΗΠΑ. Πιστεύουν μάλιστα ότι η όραση μπορεί να είναι ακόμα πιο ευαίσθητη, και δεν αποκλείεται να καταγράφει τα αλλόκοτα κβαντικά φαινόμενα του φωτός.


Η όραση στο σκοτάδι επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες όπως η ανατομία του ματιού. Εργαστηριακά πειράματα έχουν δείξει ωστόσο ότι τα φωτοευαίσθητα κύτταρα του αμφιβληστροειδή είναι άκρως ευαίσθητοι ανιχνευτές φωτονίων.




Τα ραβδία, τα κύτταρα που ευθύνονται για την περιφερική και νυχτερινή όραση, είναι πιο ευαίσθητα στο φως από τα κωνία, κύτταρα που αναλαμβάνουν την κεντρική όραση και προσφέρουν έγχρωμη εικόνα.

Κωνία: ανιχνευτές ακριβείας

Σύμφωνα με μελέτη του 2012, απομονωμένα κωνία βατράχου αντιδρούν ακόμα και σε μεμονωμένα φωτόνια, μια επίδοση που καθιστά τα κύτταρα αυτά ισάξια με πανάκριβους ανιχνευτές ακριβείας.

Αυτό όμως δεν σημαίνει ότι το ένα και μόνο φωτόνιο αρκεί για να φτάσει το σήμα στον εγκέφαλο και να γίνει αντιληπτό ως λάμψη, αφού ο αμφιβληστροειδής ουσιαστικά επεξεργάζεται και συμπιέζει το σήμα πριν το διαβιβάσει στον οπτικό φλοιό.

Επιπλέον, τουλάχιστον το 90% των φωτονίων που πέφτουν στο μάτι δεν φτάνει ποτέ στον αμφιβληστροειδή, αφού ανακλάται ή απορροφάται από άλλες περιοχές του ματιού όπως ο διαφανής κερατοειδής χιτώνας.

Προηγούμενες μελέτες έχουν εκτιμήσει το απόλυτο όριο της ανθρώπινης όρασης στα δύο με επτά φωτόνια, επισημαίνει στον δικτυακό τόπο του Nature η επικεφαλής της νέας μελέτης, Ρεμπέκα Χολμς του Πανεπιστημίου του Ίλινοϊ στο Ουρμπάνα-Σαμπέιν.

Αντιλαμβάνεται ακόμα και τρία φωτόνια

Όπως ανέφερε η ομάδα της στο συνέδριο της Αμερικανικής Εταιρείας Φυσικής, τα πειράματα σε έναν σκοτεινό θάλαμο έδειξαν ότι το μάτι δεν αποκλείεται να αντιλαμβάνεται ως λάμψεις ακόμα και τρία φωτόνια.

Το σημαντικό στη νέα έρευνα είναι ότι χρησιμοποιεί εξοπλισμό από εργαστήρια κβαντικής οπτικής ο οποίος μπορεί να μετρά τα φωτόνια σε παλμούς φωτός λέιζερ.

Οι εθελοντές της μελέτης κάθισαν σε ένα σκοτεινό δωμάτιο και κλήθηκαν να κρατήσουν εστιασμένο το βλέμμα σε έναν στόχο όση ώρα οι ερευνητές έστελναν παλμούς φωτός απευθείας στα μάτια τους.

Οι εθελοντές δεν ρωτήθηκαν αν έβλεπαν κάθε λάμψη, αφού κάτι τέτοιο θα απέκλειε τα σήματα που είχαν φτάσει στον εγκέφαλο χωρίς να γίνουν αντιληπτά ως λάμψεις. Αν΄αυτού, έπρεπε να δηλώσουν αν κάθε λάμψη εμφανιζόταν στα δεξιά ή στα αριστερά του στόχου, ακόμα κι αν δεν είχαν δει τίποτα.

«Το έχω κάνει κι εγώ η ίδια πολλές φορές» λέει η Χολμς. «Μπορείς να μείνεις στο σκοτάδι για μια ώρα και μετά να πεις "Δεν είμαι σίγουρη ότι είδα κάτι"» περιγράφει.

Πράγματι, πολλές λάμψεις έδειξαν να γίνονται αντιληπτές αλλά μόνο ασυνείδητα. Ακόμα και όταν οι παλμοί αποτελούνταν από μόλις 30 φωτόνια, οι εθελοντές «μάντευαν» τη θέση των λάμψεων σε περισσότερο από το 50% των περιπτώσεων, πιο συχνά από ό,τι θα περίμενε κανείς αν απλώς μάντευαν στην τύχη.

Δεδομένου ότι μόνο το 10% των 30 φωτονίων πρέπει να έφτασε μέχρι τον αμφιβληστροειδή, το συμπέρασμα είναι ότι τα μάτια πιθανώς βλέπουν λάμψεις αποτελούμενες από μόλις τρία φωτόνια.

Η ομάδα της Χολμς συνεχίζει τώρα τα πειράματα για να δει αν η ανθρώπινη όραση αντιλαμβάνεται ακόμα και μεμονωμένα φωτόνια.

Αντίληψη κβαντικών φαινομένων;

Περαιτέρω μελέτες θα μπορούσαν να δείξουν το εάν το μάτι αντιλαμβάνεται ακόμα και κβαντικά φαινόμενα όπως η υπέρθεση, δηλαδή η παρουσία του ίδιου φωτονίου σε πολλά σημεία ταυτόχρονα.

Τα φαινόμενα αυτά γίνονται συνήθως αντιληπτά μόνο σε μικροσκοπικές διαστάσεις, και παραμένει ασαφές το εάν μπορούν να καταγραφούν από μακροσκοπικές δομές όπως ο αμφιβληστροειδής, τα μάτια και ο εγκέφαλος.

Ο νομπελίστας φυσικός Άντονι Λέτζετ, θεωρητικός φυσικός στο ίδιο πανεπιστήμιο με τη Χολμς και εμπνευστής του έργου της, εκτιμά ότι τα κβαντικά φαινόμενα πρέπει να εξαφανίζονται σε κάποια κλίμακα ανάμεσα στα άτομα και το ανθρώπινο σώμα.

Δεν γνωρίζει όμως σε ποια κλίμακα, ούτε τι θα μπορούσε να δει το μάτι σε περίπτωση που αντιλαμβανόταν την υπέρθεση ενός μεμονωμένου φωτονίου.

Μια στάνταρτ παραδοχή στα πειράματα κβαντικής φυσικής είναι πάντως ότι τα φωτόνια που βρίσκονται σε υπέρθεση δύο καταστάσεων τελικά διαλέγουν μία από τις δύο καταστάσεις τη στιγμή που πέφτουν στον ανιχνευτή.

Σε αυτή την περίπτωση, το φωτόνιο θα γινόταν αντιληπτό ως ένα μεμονωμένο φωτεινό σημείο, και όχι ως δύο ταυτόχρονες λάμψεις.

tovima

πηγη