Парні фотони дозволяють людям бачити в інфрачервоному світлі

Результати останніх досліджень показують, що так званий видимий діапазон електромагнітного випромінювання можна розширити: виявляється, людина може в деяких випадках бачити інфрачервоне світло, незважаючи на те, що він вважається повністю невидимим для нашого ока.

Серія експериментів показала, що

подібний ефект виникає в результаті того, що два інфрачервоних фотона одночасно потрапляють на один пігментний білок ока. З-за цього виділяється енергія, яка ініціює хімічні зміни, які дозволяють нам побачити спочатку невидимий світ.

Наука свідчить, що

око людини здатний розгледіти електромагнітні хвилі з довжиною хвилі від 400 нанометрів (синє світло) до 720 нанометрів (червоне світло). Тим не менш, відомі випадки, коли люди бачили специфічний інфрачервоний лазерний світло з довжиною хвилі більше 1000 нанометрів і інтерпретували його як білий, зелений або інші кольори.

Рис. 1. Невидимий інфрачервоний світло виявився доступний для сприйняття людським оком.

Кшиштоф Палчевский (Krzysztof Palczewski), фармаколог університету Кейс Вестерн Резерв, стверджує, що він бачить світло з довжиною хвилі близько 1050 при низькому рівні енергії лазера.

«Буває, що таке випромінювання можна побачити неозброєним оком», — стверджує Палчевский в прес-релізі. Разом зі своїми колегами фармаколог виступив у ролі ведучого автора нового дослідження.

Щоб перевірити, чи є чутливість до інфрачервоного світла унікальною для деяких людей або ж вона зустрічається досить часто, Палчевский вирішив провести експеримент. Він запросив у свою лабораторію 30 здорових добровольців, яким провів сканування сітківки пучком світла низького рівня енергії. Довжина хвилі світла періодично змінювалася. Коли довжина хвилі була доведена до рівня інфрачервоного випромінювання, учасники спочатку не бачили світла, але потім стали повідомляти про те, що бачать пучок.

Довжина хвилі на той момент становила понад 1000 нанометрів.

Це феноменальне явище виявилося властиве людям в цілому, і Палчевский задався питанням: як людина може бачити світло, який в принципі вважається незримим?

Існує дві можливі гіпотези, які можуть пояснити цей феномен.

Рис. 2. В ході експерименту вчені світили ІЧ-світлом на кристали родопсину.

Перша з них припускає, що

  • світло з великою довжиною хвилі потрапляє на колагенові волокна сполучної тканини ока, тоді невелику кількість енергії випромінювання перетворюється в фотони з довжиною хвилі близько половини довжини хвилі первинного світла. Це явище називається генерацією другої гармоніки (ГВГ). Сітківка потім детектує цей видимий світ і змушує мозок думати, що він прийшов прямо з джерела.

Друга гіпотеза стверджує, що «інфрачервоне зір» є результатом явища, відомого як двухфотонная ізомеризація.

Молекули фоторецепторів в оці поглинають енергію окремих фотонів у звичайному видимому діапазоні. Це спонукає молекули змінити свою форму і викликати ланцюг подій, яка дозволяє нам бачити незриме випромінювання. Але якщо два фотони, що несуть кожен по половині енергії — і, відповідно, вдвічі меншу довжину хвилі — потрапляють в око одночасно, то їх енергії підсумовуються і, можливо, викликають таку ж ізомеризації, як і одиничний «видимий» фотон.

Для перевірки першої гіпотези Палчевский і його команда видалили колаген з сітківки ока миші і виміряли реакцію тварин на світло різних довжин хвиль. Але сітківка миші зреагувала на 1000-нанометровий лазерый так само, як і сітківка людини з присутніх колагеном. Ці результати дозволили припустити, що генерація другої оптичної гармоніки в даному випадку ролі не грає.

Рис. 3. Автори дослідження та експериментів Франс Вінберг та Володимир Кифалов

Інше доказ невірності першої гіпотези виявилося в ході дополнителного досвіду на мишах. Дослідники взяли кристали фоторецепторів білка родопсину у мишей і піддали їх впливу інфрачервоного випромінювання. Під світлом з довжиною хвилі в 1000 нанометрів кристали змінили свій колір з червоного на жовтий. Якби ГВГ була причиною зміни кольору, то спектр світла, що випромінюється кристалами родопсину, мав би характерний відбиток, але нічого подібного дослідники не побачили.

Вчені поки що не мають експериментальних доказів на користь другої гіпотези, яка твердить, що інфрачервоне зір пояснюється двофотонної изомеризацией. Тим не менш, комп’ютерне моделювання показало, що саме таке пояснення є поки єдино вірним.

Квантово-хімічні розрахунки показали, що родопсин може поглинути два низькоенергетичних фотона.

При цьому збуджений стан двох фотонів в момент зіткнення буде таким же, що і при попаданні на білок ока одного фотона видимого світла. Ті ж розрахунки також показали, що

подвійна абсорбція повинна досягти свого піку між 1000 і 1100 нанометрами, а це повністю узгоджується з експериментальними спостереженнями.

Результати дослідження групи Палчевского опубліковані в журналі PNAS.

Джерело: vesti.ru

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *