Básicamente estoy preguntando si hay algo especial en la luz visible aparte del hecho de que la usamos para ver colores. Si viéramos en otra longitud de onda, ¿seguiría siendo posible ver los colores como lo hacemos ahora? ¿Tiene la luz visible algo especial que nos permita ver una variedad de colores diferentes?
Algo especial del rango visible es que el agua tiene una baja absorción en este rango. 
Es una caída bastante pronunciada cerca de la región visible. Como sabemos que la vida comenzó en agua los seres receptivos a estas longitudes de onda tenían una ventaja significativa sobre los demás. Así, la selección natural habría favorecido a estas formas de vida frente a las demás. Tal vez por eso somos principalmente receptivos a la gama "visible".
¿Afecta eso también a las frecuencias que atraviesan nuestra atmósfera (con sus nubes y vapor de agua) hasta el nivel del suelo?
This maybe the reason why we are primarily receptive to the “visible” range. Ya lo creo. Es más probable que veamos la luz visible porque es especial y no al revés.
La gama de longitudes de onda de la luz visible tiene una propiedad especial que la convierte en la gama de uso común para todas las formas de vida de la Tierra:
Es la gama de longitudes de onda electromagnéticas que son lo suficientemente cortas como para ser manejadas convenientemente por detectores del tamaño de una célula y que pueden atravesar la atmósfera.
La atmósfera terrestre no es transparente en todas las longitudes de onda, y los tejidos vivos tampoco son transparentes a todas las longitudes de onda.
Hay pequeños rangos ("ventanas") de longitudes de onda electromagnéticas para las que la atmósfera es transparente. También existe (hasta donde yo sé) una única ventana en la que el tejido biológico puede ser transparente.
Este diagrama del artículo de Wikipedia sobre el "ventana óptica" muestra las gamas disponibles:
Realmente, sólo hay tres rangos que podrían ser útiles:
Esos son los rangos de "luz" que podemos recibir del sol en la superficie de la Tierra.
La luz visible es la intersección de las longitudes de onda que podemos obtener del sol y las longitudes de onda que pueden utilizar convenientemente los procesos biológicos.
La gama de terahercios no atraviesa ningún material vivo, y las ondas centimétricas (y más largas) son demasiado largas para que los procesos biológicos puedan detectarlas. Sólo queda la gama que llamamos luz visible.
Wikipedia tiene un artículo sobre el "Ventana óptica para tejidos biológicos". Sólo se pueden hacer ojos con cosas que pasen la luz (lentes o sólo la pupila) y luego hay que tener algo que la capte y reaccione a la absorción (retina).
¿hay algo especial en la luz visible? aparte del hecho de que la utilizamos para ver los colores?
Podemos ver la luz con longitudes de onda de $390$ a $650$ nm porque en nuestros ojos tenemos células fotorreceptoras que son sensibles sólo a estas longitudes de onda. Si las células fotorreceptoras fueran sensibles a otras longitudes de onda, entonces seríamos capaces de verlas.
¿Tiene la luz visible algo especial que nos permite ver una variedad de colores diferentes?
Lo especial que nos permite ver diferentes colores de manera diferente es, que en nuestros ojos son más de uno tipo de células fotorreceptoras. En realidad tenemos 4 tipos diferentes, cada uno con su absorbancia en diferentes rangos de longitud de onda. Según Wikipedia - Célula fotorreceptora - Humanos y la imagen de abajo hay 3 tipos diferentes de células fotorreceptoras en forma de cono y 1 en forma de bastón.
(imagen de <a href="https://en.wikipedia.org/wiki/Photoreceptor_cell#Humans" rel="noreferrer">Wikipedia - Célula fotorreceptora - Humanos </a>)
Si sólo tuviéramos un tipo de fotorreceptor fotorreceptoras, no podríamos distinguir entre los colores. Por ejemplo, una luz amarilla de nos parecería igual que una luz roja de la misma intensidad. Probablemente percibiríamos todo como blanco, negro y varios tonos de gris.
¿qué tipo de efectos de filtrado, si los hay, representan las curvas "absorbancia-frecuencia" (color)? Es decir, ¿se trata de algún tipo de resonancia reactiva como en un filtro LC y, si no es así, cuál es la causa de su forma?
@hyportnex Sí, es resonancia entre la frecuencia de la luz y la estructura de la molécula fotorreceptora. Cuando la frecuencia se ajusta bien, entonces la absorción es alta.
Hm he aprendido que en realidad se trata de 2 tipos de células sensibles a 2 bandas de frecuencia superpuestas (rojo-verde, azul-amarillo) - lo que explica la alta sensibilidad al amarillo-verde ya que ambos receptores se activan - y también explica muchos de los defectos de la visión del color (debilidad rojo-verde ... un tipo de receptor está genéticamente discapacitado .. del mismo modo para la debilidad azul-amarillo .. )
Sí, hay algo muy especial sobre la luz visible. Cada fotón de radiación electromagnética es un paquete de energía que se entrega a un único átomo cuando se absorbe el fotón. Si ese átomo forma parte de una molécula, la energía que absorbe puede desencadenar una reacción química.
Tu cuerpo es una gran bolsa de sustancias químicas, y tus procesos vitales son todos reacciones químicas. Los fotones con suficiente energía pueden dañar los tejidos. Necesitas protegerte de ellos. Tu epidermis y tu pelo (si lo tienes) te ayudan a ello: Te protegen de gran parte de la radiación solar de longitud de onda más corta (ultravioleta).
Pero los nervios y las retinas del ojo también son sistemas químicos. Las retinas detectan la luz cuando los fotones desencadenan reacciones químicas en sus proteínas.
La luz visible es la gama de energías fotónicas lo suficientemente elevadas como para desencadenar las reacciones químicas más delicadas, pero no tanto como para dañar los tejidos oculares. Por lo tanto, no es de extrañar que la capacidad de ver haya evolucionado en ese rango de energías.
@LawnmowerMan Cierto, pero la visión UV de los insectos es solo de bastante baja energía UV, y las retinas humanas también pueden detectar UV, pero el cristalino de nuestro ojo es opaco a los UV. En cuanto a las serpientes, sus ojos no ven IR, tienen lentes especiales. Órganos de foso para esa tarea.
La respuesta afirmaba que los humanos ven en la parte visible debido a los niveles de energía. Está claro que la biología es capaz de ver tanto en la energía ultravioleta como en la infrarroja, así que esa explicación se queda corta. La verdadera razón es que el sol produce la mayor parte de su energía en las frecuencias visibles debido a la curva del cuerpo negro y a su temperatura, y la atmósfera es en su mayor parte transparente a esas frecuencias. La biología encontrará una manera, por eso hay bacterias que pueden utilizar las frecuencias gamma.
Combinar las razones expuestas en otras respuestas (y un comentario):
Reacciones químicas Para que detectemos la luz, ésta tiene que desencadenar reacciones químicas en nuestros fotorreceptores. Cuanto menos energético es el fotón, más difícil es que reaccione con las sustancias químicas. Pero si es demasiado energético, puede dañar nuestro organismo. (Sin embargo, hay algunos animales, como las anguilas eléctricas, que pueden detectar ondas EM a frecuencias mucho más bajas que la luz visible).
Interacción con el agua La luz visible es menos absorbida por el agua que otras frecuencias. Esto es relevante no sólo para los animales acuáticos, sino también para los terrestres, ya que nuestros ojos están llenos de líquido.
Espectro solar Puede ver aquí que la energía solar alcanza su punto máximo en el rango visible. Nuestros ojos están optimizados para detectar la luz solar que rebota en los objetos. Otros animales tienen órganos sensoriales para detectar otras fuentes; por ejemplo, la víbora de fosetas puede detectar la radiación infrarroja, que generan los seres vivos.
En Espectro solar argumento es malo. Se basa en una elección arbitraria de parámetros (longitud de onda) para representar la densidad espectral. Cuando se representa en función de la frecuencia, el pico está en el IR. Véase aquí para profundizar en este tema.
@Ruslan Creo que estás exigiendo una precisión desmesurada a las explicaciones aproximadas (teniendo en cuenta que claramente hay múltiples efectos en juego). Incluso si decides trazarlo en función de la frecuencia, el pico se encuentra a un factor de dos de la sensibilidad máxima del ojo humano. Teniendo en cuenta que las frecuencias EM observadas en la Tierra abarcan 20 órdenes de magnitud, incluso la predicción de frecuencia máxima es acertada.
@tparker Solo intento frenar la difusión de esta idea errónea sobre densidades espectrales y evolución de los ojos.
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La gama de frecuencias de la luz visible tiene una particularidad: se sitúa justo en la frontera entre las radiaciones no ionizantes y las ionizantes. Por encima de la gama de la luz visible, la radiación UV empieza rápidamente a ser ionizante, conocida comúnmente como el tipo de radiación cancerígena, capaz de desprender electrones de los átomos y causar daños en los tejidos de nuestro cuerpo. Entre la luz visible y ese límite sólo hay un espacio muy estrecho ("casi ultravioleta"). Todos los animales ven la luz aproximadamente en la misma gama, aunque con diferente número de colores. ¿Quizá haya una razón evolutiva?
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@thomasrutter ¿No es porque la luz visible está limitada en un lado por (como dices) la ionización y en el otro por ser capaz de impregnar el agua (que es donde los ojos probablemente evolucionaron)?
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Lo único "especial" de la luz visible es que los ojos humanos tienen fotorreceptores que responden a las longitudes de onda roja, verde y azul. La mayoría de los mamíferos sólo ven el verde y el azul, mientras que muchas aves, peces e insectos pueden ver en los rangos UV y/o IR, por lo que lo que es "luz visible" depende de la especie :-) A un nivel más profundo, para ser "visibles", los fotones deben tener longitudes de onda que puedan provocar cambios químicos en las moléculas receptoras, por lo que existe una gama potencialmente visible entre "demasiado débil para provocar un cambio" y "tan fuerte que rompe la molécula".
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Si viéramos en otra longitud de onda, ¿seguiría siendo posible ver los colores como ahora? Esta parte realmente no tiene respuesta. Usted está preguntando acerca de una situación hipotética, por lo que realmente todo es posible una vez que usted dice asumir que la realidad es diferente .
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Anécdota astrofísica / biología - no hay que extrañarse de que haya ojos en algunos de los agujeros del pelaje de un felino - hay que extrañarse de que haya agujeros en absoluto
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@Aaron Stevens: Creo que se puede responder. Si una especie tiene fotosensores que responden a diferentes rangos de longitud de onda ("conos") en lugar de sólo a la luz ("bastones"), entonces será capaz de distinguir entre las respuestas de esos sensores, y el cerebro interpretará esas diferencias como "colores". Por supuesto, no podemos saber cuál es la experiencia real, pero incluso los seres humanos parecen reaccionar de forma diferente a los colores, teniendo distintas preferencias cromáticas. Véase, por ejemplo es.wikipedia.org/wiki/Qualia
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@jamesqf Cierto, esa es una posibilidad. Pero fácilmente podría decir con la hipotética premisa "Si pudiéramos ver otras frecuencias, quizás ya no podríamos ver en visible". Es un escenario hipotético en el que cualquiera de las dos cosas podría valer.
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¿Responde esto a su pregunta? ¿Existe alguna razón física para que los colores se sitúen en una banda muy estrecha del espectro EM?
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@Aaron Stevens: Pero no se trata sólo de "nosotros", es decir, de los humanos. Otras especies pueden tener más de 3 tipos de fotorreceptores, y utilizarlos para discriminar "colores" que los humanos no pueden ver. O pueden tener 3 tipos de receptores, pero sintonizados con partes del espectro que no son las que los humanos consideran "visibles". Las abejas, por ejemplo, no ven el rojo, pero sí el ultravioleta, por lo que las flores polinizadas por abejas que a nosotros nos parecen lisas suelen tener marcas ultravioletas que les sirven de guía: beeculture.com/bees-see-matters
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@jamesqf Nunca dije que nada de eso no fuera posible. El hecho de que haya tantas posibilidades demuestra lo que digo. Esa parte del post no tiene una respuesta única. Uno puede discutir las diversas cosas que has estado discutiendo, pero eso no constituye una respuesta definitiva a esa parte. Eso es lo que yo quería decir.
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@Aaron Stevens: La pregunta SÍ tiene una respuesta definitiva: no, la luz visible no tiene nada de especial, más allá de que los humanos tenemos receptores para esas frecuencias, y tener receptores sintonizados en más de un rango de frecuencias te permite ver "colores".
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@jamesqf No creo que entiendas del todo lo que estoy diciendo, y no creo que realmente importe. Gracias
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@thomasrutter Eso debería ser una respuesta, no un comentario.
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Una interpretación de la parte distintiva de la pregunta podría ser, si el rango visible que pudiéramos ver se desplazara +350nm (por tanto 650-1000nm) o similar, ¿seguiríamos siendo capaces de ver el mundo? No he visto ninguna respuesta al respecto.