O olho humano pode ver um único fotão?

3 anos ago
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Sim, os seres humanos podem detectar um único fóton caindo nos olhos sob condições controladas. No entanto, ver um único fóton não será nada como ver material regular na vida cotidiana. Seria mais uma sensação breve, um sentimento superficial de que você já viu alguma coisa.

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Os olhos humanos são uma das maiores maravilhas do corpo humano. Eles nos permitem ver milhões de cores em uma variedade de condições de iluminação. No entanto, sempre tentamos determinar o seu verdadeiro potencial – o mais distante conseguiu ver um objeto, as mais pequenas mudanças de matiz que poderiam registrar e a luz mais fraca que podiam perceber.

Tivemos uma ideia bastante decente sobre os dois primeiros: É o terceiro que manteve os cientistas adivinhando por anos.

O olho humano

Nossos olhos são responsáveis ​​por nos dotar do senso de visão. Eles reagem à luz e à pressão, e ajudam a enviar sinais para o cérebro, que processa as imagens e, finalmente, nos ajuda a “ver” as coisas como elas são.

Olho humano

O olho humano pode ser comparado com uma câmera, que reúne e foca a luz e projeta-a em uma tela nas costas (retina). (Créditos: Piotr Krzeslak / Shutterstock)

Como se pode imaginar, o olho humano consiste em uma série de componentes menores que trabalham juntos para nos ajudar a ver. Para o escopo deste artigo, estamos interessados ​​nos dois principais tipos de sensores que nos permitem detectar a luz e distinguir entre cores diferentes.

Na retina (uma tela sensível à luz na parte de trás dos olhos), existem dois tipos de fotorreceptores: cones e varas. Os cones são os fotorreceptores que permitem que os humanos vejam cores. Eles são ativados em condições de alta iluminação, e é por isso que temos problemas para ver a cor quando está muito escuro ao nosso redor.

As varas, por outro lado, são extremamente sensíveis à luz, e devem ser, considerando que elas são responsáveis ​​pela visão de alguém em condições de pouca iluminação. Quanto maior o número de hastes, melhor pode ver no escuro. Previsivelmente, portanto, certos animais noturnos (por exemplo, gatos, corujas, etc.) têm um grande número de hastes em seus olhos, o que os capacita com uma brilhante visão noturna.

Fotones: as partículas que “carregam” a luz

Vemos algo quando a luz cai sobre ele, salta sua superfície e depois chega aos nossos olhos. No entanto, quando dizemos que a luz “atinge os nossos olhos”, o que realmente está acontecendo?

Em uma palavra: fótons .

Um fóton é a partícula fundamental da luz visível, ou qualquer radiação eletromagnética qualquer. Tem zero massa de repouso e viaja à velocidade da luz no vácuo. Em palavras simples, é a partícula que “carrega” a luz.

Fibra óptica de fótons

Representação de fótons de um artista – os minúsculos pacotes de energia que levam luz. (Foto Crédito: ProMotion / Shutterstock)

Estes fótons são o que nos caem em nossos olhos e nos permitem ver as coisas.

Qual é o número mínimo de fótons que nossos olhos podem detectar?

Até alguns anos atrás, os cientistas acreditavam que o olho humano poderia detectar apenas 5 a 7 fótons . No entanto, de acordo com um recente estudo de pesquisa publicado em julho de 2016, parece que o olho humano pode, de fato, detectar um único fóton .

Cientistas eminentes Hecht, Schlaer e Pirenne testaram pela primeira vez a sensibilidade visual do olho humano em 1942, realizando experimentos inovadores usando uma fonte de luz muito fraca em uma sala escura.

Olhando para seus dados experimentais, eles concluíram que varas no olho humano podem responder a um único fóton em condições de pouca luz ( Fonte ).

Photon indo no olho humano

Crédito da foto: Inga Ivanova / Shutterstock

Hecht e colegas escreveram corretamente, há cerca de 75 anos, que o olho poderia detectar até um único fóton. No entanto, a tecnologia necessária para testar essa hipótese estava faltando.

Avançado até 2016, quando Jonathan Tinsley no Instituto de Pesquisa de Patologia Molecular de Viena e membros de seu grupo nos EUA e na Áustria realmente criaram um dispositivo óptico quântico que poderia gerar apenas dois fotões por vez. Eles realizaram uma série de 30.767 tentativas com três participantes do sexo masculino em seus 20 anos (você pode encontrar o link para o estudo publicado na parte inferior do artigo).

A partir dos resultados obtidos nos ensaios, concluiu-se que a probabilidade de um humano detectar corretamente um fóton único era ligeiramente superior a 50%. Embora isso possa parecer apenas uma chance aleatória acima, os cientistas afirmam que é um resultado estatisticamente significante.

No entanto, há um pouco de diferença entre detectar e realmente ver algo.

Os pesquisadores dizem que um único fóton não é como uma fonte de luz muito fraca; Na verdade é muito diferente. “É mais um sentimento de ver algo, ao invés de realmente vê-lo”, diz um dos autores do estudo. “Se você já olhou para uma estrela fraca no céu noturno e um segundo, você vê, mas no próximo segundo você não … é meio assim”.

Referências:

  1. O estudo publicado na Nature Communications
  2. Centro Nacional de Informações Biotecnológicas
  3. University of California, Riverside
  4. Centro de Neural Science, Universidade de Nova York
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