هل يمكن للإنسان أن يرى فوتونا مباشرة ؟

هل يمكن للإنسان أن يرى فوتونا مباشرة ؟
ارجو تقييم المقال

 

نعم فعلا. في الواقع ، الفوتونات هي الأشياء الوحيدة التي يمكن للبشر رؤيتها مباشرة. الفوتون هو قليل من الضوء. تم تصميم عيون الإنسان خصيصا للكشف عن الضوء. يحدث هذا عندما يدخل الفوتون إلى العين ويتم امتصاصه من خلال أحد الخلايا القضيبية أو المخروطية التي تغطي الشبكية على السطح الخلفي الداخلي للعين. عندما تنظر إلى كرسي ، فأنت لا ترى كرسيًا بالفعل. أنت ترى حفنة من الفوتونات التي انعكست من الكرسي. في عملية الانعكاس على الكرسي ، تم ترتيب هذه الفوتونات بنمط يشبه الكرسي. عندما تضرب الفوتونات شبكية العين ، تكشف خلايا المخروط والقضيب هذا النمط وترسله إلى دماغك. وبهذه الطريقة ، يعتقد دماغك أنه ينظر إلى كرسي عندما ينظر إلى مجموعة من الفوتونات مرتبة على شكل كرسي.

يمكن أن ترى عيناك بعضا من الفوتونات ، لكن هل يمكنهما رؤية فوتون واحد معزول؟ كل خلية قضبان في عينك قادرة فعلاً على كشف فوتون واحد ومعزول. ومع ذلك ، فإن الدوائر العصبية في عينك لا تعبر سوى إشارة إلى الدماغ إذا تم اكتشاف عدة فوتونات في نفس الوقت تقريبًا في خلايا القضيب المجاورة. لذلك ، على الرغم من أن عينك قادرة على كشف فوتون واحد ، فإن دماغك غير قادر على إدراكه. إذا أمكن ذلك ، فإن الفوتون المعزول سيبدو مجرد وميض قصير من السطوع عند نقطة واحدة. نحن نعرف ذلك لأن مستشعر الكاميرا الحساس قادر بالفعل على كشف ومعالجة فوتون معزول ، ويبدو الفوتون وكأنه وميض قصير من السطوع عند نقطة واحدة.

 

يحتوي الفوتون على عدة خصائص ، ويحمل كل من هذه الخصائص معلومات حول المصدر الذي أنشأ الفوتون أو آخر كائن تفاعل مع الفوتون. والخصائص الأساسية للفوتون الذي يحمل المعلومات هي الألوان (أي التردد) والدوران (أي الاستقطاب) والموقع واتجاه الانتشار وطور الموجة. هناك أيضا العديد من الخصائص الأخرى للفوتون. مثل الطاقة ، الطول الموجي ، الزخم ، و wavenumber. لكن هذه كلها تعتمد على التردد وبالتالي لا تحمل أي معلومات إضافية. بالإضافة إلى ذلك ، عندما يكون هناك العديد من الفوتونات ، يمكن نقل المعلومات بواسطة عدد الفوتونات (أي السطوع). عندما تنعكس مجموعة من الفوتونات على كرسي ، تشكل الفوتونات أنماطًا للون ، وتدور ، وموقع ، واتجاه ، وموجة موجية ، وسطوع يحتوي على معلومات حول الكرسي. مع الأدوات المناسبة ، يمكن تحليل كل من هذه الأنماط من أجل الحصول على معلومات حول الكرسي. تم تصميم العين البشرية للكشف عن اللون ، والموقع ، والاتجاه ، وأنماط السطوع لمجموعة من الفوتونات ، ولكن ليس الدوران أو الطور الموجي.

يتم الكشف عن معلومات اللون في العين من خلال وجود ثلاثة أنواع مختلفة من الخلايا المخروطية التي تحتوي كل منها على نطاق مختلف من حساسية الألوان. يحتوي أحد الأنواع على نطاق حساس متمركز على اللون الأحمر ، بينما يحتوي نوع آخر على نطاق متمركز على اللون الأخضر ، بينما يحتوي نوع آخر على نطاق متمركز باللون الأزرق. يمكن للعين رؤية جميع الألوان تقريبا في الطيف المرئي من خلال مقارنة التنشيط النسبي لهذه الأنواع الثلاثة المختلفة من الخلايا المخروطية. على سبيل المثال ، عندما تنظر إلى خزامى أصفر ، تتدفق الفوتونات الصفراء إلى عينيك وتضرب خلايا مخروطية حمراء وخضراء وزرقاء. يتم تشغيل الخلايا المخروطية الحمراء والخضراء فقط بواسطة الفوتونات الصفراء ، ويفسر دماغك باللون الأحمر والأخضر كأصفر. على النقيض من الخلايا المخروطية ، هناك نوع واحد فقط من الخلايا القضيبية ، وبالتالي فإن الخلايا القضيبية يمكن أن تكشف فقط عن السطوع وليس اللون. يتم استخدام خلايا القضيب بشكل أساسي في ظروف الإضاءة المنخفضة.

يتم الكشف عن معلومات الموقع في العين من خلال وجود الخلايا المخروطية والقضيب تنتشر عبر مواقع مختلفة على طول الشبكية. ستؤدي الفوتونات المختلفة الموجودة في مواقع مختلفة إلى إطلاق خلايا مختلفة. بهذه الطريقة ، يتم اكتشاف النمط المكاني لموقع الفوتون مباشرة من شبكية العين. لاحظ أن الفوتونات يمكن أن تأتي من عدة اتجاهات مختلفة وتطمس معاً. لهذا السبب ، العين تحتوي على كومة من العدسة في المقدمة التي تركز الضوء فقط على خلية معينة تأتي من نقطة واحدة على الكائن الذي يتم عرضه. تلعب العدسة دورًا أساسيًا في استخراج معلومات الموقع عن الكائن الذي يتم عرضه من معلومات الموقع الخاصة بالفوتونات على شبكية العين. إذا كان خلل العدسة ، لم يعد موقع الفوتون على الشبكية يتوافق تمامًا مع مواقع النقاط الموجودة على الكائن الذي يتم عرضه وتصبح الصورة باهتة. لاحظ أن النظام البصري البشري يمكنه فقط أن يضع صورة أبعاد لمعلومات موقع الفوتون. يتم استخراج المعلومات حول البعد الثالث بشكل غير مباشر من قبل البشر باستخدام مجموعة متنوعة من الحيل البصرية (تسمى “إشارات العمق”) ، والخدعة الرئيسية هي استخدام عينان يقابلان بعضهما بعضًا.

يتم فقط الكشف عن معلومات التوجيه بشكل فاضح من قبل البشر عن طريق جعل الدماغ يتتبع الطريقة التي يتم بها توجيه العينين ، ومن خلال جعل العينين تنظران إلى كائن من العديد من الزوايا المختلفة. على سبيل المثال ، غرفة ذات حائط واحد مطلية باللون الأحمر والجدار المقابل باللون الأزرق يحتوي على فوتونات حمراء من الجدار

يتم فقط الكشف عن معلومات التوجيه بشكل فاضح من قبل البشر عن طريق جعل الدماغ يتتبع الطريقة التي يتم بها توجيه العينين ، ومن خلال جعل العينين تنظران إلى كائن من العديد من الزوايا المختلفة. على سبيل المثال ، رسمت غرفة ذات حائط واحد باللون الأحمر والجدار المقابل باللون الأزرق يحتوي على فوتونات حمراء من جدار إطلاق النار في اتجاه واحد والفوتونات الزرقاء من إطلاق النار على الجدار الآخر في الاتجاه المعاكس. في مكان معين في الغرفة ، تتضمن مجموعة الفوتونات في تلك البقعة فوتونات حمراء وفوتونات زرقاء تسير في اتجاهين متعاكسين. ومع ذلك ، يمكن للإنسان فقط أن نستنتج أن الفوتونات الحمراء والزرقاء تسافر في اتجاهات مختلفة (وبالتالي نستنتج أن الجدران الحمراء والزرقاء في مواقع مختلفة) عن طريق تحويل رأسه وتحليل وجهات نظر مختلفة بينما يتتبع دماغه اتجاهه. رئيس.

يتم استخراج معلومات السطوع مباشرة من شبكية العين عن طريق قياس عدد الفوتونات التي تضرب منطقة معينة من شبكية العين في زيادة زمنية معينة. يمكن لكل من خلايا القضيب والخلايا المخروطية جمع معلومات السطوع.

وبما أن العين البشرية لا ترى إلا الفوتونات فقط ، فإن آلة توليد الضوء يمكن أن تجعل الجسم المادي يبدو وكأنه موجود من خلال إعادة إنتاج الأنماط الصحيحة للفوتونات التي يمكن أن تخرج من الجسم إذا كانت موجودة حقاً. على سبيل المثال ، يمكننا أن نجعل الأمر يبدو وكأنه كرسي موجود إذا أنشأنا مجموعة من الفوتونات بنفس الأنماط مثل مجموعة الفوتونات الموجودة عندما يكون الكرسي موجودًا بالفعل. هذا ما تفعله شاشات شاشات الكمبيوتر. تلتقط الكاميرا الأنماط الموجودة في الفوتونات القادمة من الكرسي وتخزن المعلومات على هيئة قطع كهربائية. ثم تستخدم شاشة الكمبيوتر هذه المعلومات لإعادة إنشاء مجموعة الفوتون وترى صورة الكرسي.

ومع ذلك ، يمكن لشاشات أجهزة الكمبيوتر العادية فقط تحديد اللون والسطوع والموقع ثنائي الأبعاد للفوتونات التي يقومون بإنشائها. ونتيجة لذلك ، تكون صورة كائن مادي على شاشة الكمبيوتر ثنائية الأبعاد وليست واقعية تمامًا. هناك العديد من الحيل المستخدمة في نقل البعد الثالث للمعلومات إلى البشر ، بما في ذلك نظارات الاستقطاب المستخدمة في دور السينما ثلاثية الأبعاد والعدسات العدسية المستخدمة في بعض أغلفة الكتب. ومع ذلك ، فإن مثل هذه الأنظمة ليست واقعية في الغالب لأنها لا تعيد في الواقع إنشاء حقل الفوتون ثلاثي الأبعاد الكامل. هذا يعني أن مثل هذه الاستكشافات “ثلاثية الأبعاد” للكائنات يمكن مشاهدتها فقط من زاوية نظر واحدة وليست مقنعة بالكامل. يجد بعض الناس أن مثل هذه الأنظمة “ثلاثية الأبعاد” تستخدم الحيل البصرية بدلاً من حقل فوتوني ثلاثي الأبعاد كامل ، فإن هذه الأنظمة تعطيهم الصداع والغثيان.

في المقابل ، يأتي جهاز العرض المجسم أقرب إلى إعادة إنشاء حقل الفوتون ثلاثي الأبعاد الكامل القادم من الجسم. ونتيجة لذلك ، تبدو الصورة العاكسة ثلاثية الأبعاد أكثر واقعية ويمكن مشاهدتها من زوايا مختلفة ، تمامًا مثل كائن حقيقي. ومع ذلك ، فإن الصور المجسمة الحقيقية غير قادرة حاليًا على إعادة إنتاج معلومات الألوان بشكل فعال. لاحظ أن العديد من الصور الدقيقة الألوان التي يُدَّعى أنها صور ثلاثية الأبعاد هي في الواقع صور ثابتة مع إضافة حيل لجعلها تبدو ثلاثية الأبعاد إلى حد ما. لن يكون من الممكن القيام باستعادة الفوتون الواقعية تمامًا لجسم مادي إلى أن تصبح الصور المجسمة قادرة على إعادة إنتاج معلومات الألوان بدقة.

إن خواص الفوتونات التي لا يمكن للعين البشرية رؤيتها هي السبين (أي الاستقطاب) وطور الموجة. لاحظ أنه في ظل الظروف المناسبة يستطيع بعض الأشخاص اكتشاف حالة الاستقطاب العامة لحزمة الضوء بأكملها ؛ ولكن لا يمكن لأي عين بشرية عارية أن ترى نمط الاستقطاب مباشرة. من خلال النظر من خلال مرشحات الاستقطاب القابلة للتدوير ، والتي تقوم بتحويل معلومات الاستقطاب إلى معلومات كثافة اللون ، يمكن للإنسان المدرّب أن يتعلم بشكل غير مباشر نمط الاستقطاب للفوتونات القادمة من جسم ما. مثال على ذلك هو أسلوب التقاضي المرنة الذي يسمح للأشخاص برؤية الإجهادات الميكانيكية في كائنات معينة. وعلى النقيض من البشر ، يمكن لبعض الحيوانات ، مثل نحل العسل والأخطبوطات ، أن ترى بشكل مباشر نمط الاستقطاب لمجموعة من الفوتونات. على سبيل المثال ، يمكن لنحل العسل أن يرى نمط الاستقطاب الطبيعي الموجود في سماء النهار ويستخدمه لأغراض التوجيه. كما لا يمكن للإنسان الكشف عن موجة الفوتون بشكل مباشر ، ولكن يمكن الكشف عنها بواسطة آلات تسمى مقاييس التداخل. غالبًا ما تستخدم معلومات الطور لتحديد تسطح السطح العاكس.

باختصار ، يمكن للإنسان رؤية الفوتونات بالفعل. يمكن للبشر أن يروا كل خصائص الفوتونات باستثناء الدوران والموجة. بما أن الفوتونات تتنقل في الأنماط التي يمليها المصدر الذي أنشأها أو آخر كائن تتفاعل معه الفوتونات ، فإننا عادة لا ندرك أننا ننظر إلى الفوتونات على الإطلاق. بدلاً من ذلك ، نعتقد أننا ننظر إلى الأشياء المادية التي تنشئ وتشتت الفوتونات.

الآن ، ربما كنت تقصد أن تسأل ، “هل يمكن للإنسان أن يرى فوتونا بنفس الطريقة التي نرى بها كرسيًا؟” مرة أخرى ، يمكننا أن نرى كرسيًا لأن الفوتونات ترتد منه في نموذج معين يمثل الكرسي

يناير 27, 2019

0 responses on "هل يمكن للإنسان أن يرى فوتونا مباشرة ؟"

Leave a Message

X