Las otras respuestas a la afirmación de que se necesitan grandes ópticas para ver con detalle son ciertas para las ópticas de imagen convencionales que detectan la radiación electromagnética. farfield o campo radiativo es decir cuya componente de Fourier a la frecuencia $\omega$ puede representarse como una superposición lineal de ondas planas con vectores de onda de valor real $(k_x,\,k_y,\,k_z)$ con $k_x^2+k_y^2+k_z^2 = k^2 = \omega^2/c^2$ . Este es el tipo de campo que el Límite de difracción de Abbe se aplica y limita a los "ojos" como los nuestros, dotados de retina y óptica de imagen, o incluso a los ojos compuestos como los de las hormigas.
Sin embargo, éste no es todo el campo electromagnético: muy cerca de los objetos que interactúan con él, el campo electromagnético incluye el campo cercano o componentes del campo evanescente . Se trata de ondas planas generalizadas para las que:
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La componente del vector de onda en alguna dirección $k_\parallel$ es mayor que el número de onda $k$ y, por tanto, puede codificar variaciones espaciales potencialmente mucho menores que una longitud de onda;
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La componente del vector de onda $k_\perp$ ortogonal a esta dirección debe ser imaginario de modo que $k_\parallel^2 + k_\perp^2 = k^2$ puede cumplirse.
Así pues, estos campos decaen exponencialmente con la distancia desde la perturbación hasta el campo electromagnético que los originó, por lo que normalmente no pueden contribuir a una imagen formada por un sistema de imagen.
Sin embargo, si puede acercar sus sensores de imagen lo suficiente a la perturbación, aún podrá registrar el detalle codificado en los componentes evanescentes más finos que la longitud de onda. Este es el principio del Microscopio óptico de barrido de campo cercano .
El sensor del microscopio óptico de campo cercano puede ser extremadamente pequeño, de modo que una forma de vida del tamaño de una bacteria podría registrar detalles por debajo de la longitud de onda en el mundo que le rodea con receptores formados por unas pocas moléculas, siempre que la forma de vida estuviera lo suficientemente cerca del detalle en cuestión. Obsérvese que, cuando $k_\parallel > k$ que los campos decaen como $exp(-\sqrt{k_\parallel^2-k^2} z)$ con distancia creciente $z$ de sus fuentes. Por lo tanto, hay un equilibrio entre lo fino de una longitud de onda que podemos ver con un sensor de este tipo y lo cerca que tenemos que estar de la fuente para verla. Si queremos ver características de una décima parte de la longitud de onda de la luz visible, entonces $k\approx 12{\rm \mu m^{-1}}$ y $k_\parallel \approx 120{\rm \mu m^{-1}}$ de modo que la amplitud del campo cercano decae por un factor de $e$ por cada centésima de longitud de onda de distancia del detector a la fuente. Así, perdemos unos 10 dB de relación señal/ruido por cada centésima de longitud de onda que separa el detector de la fuente. Por tanto, para percibir detalles tan finos (estructuras de 50 nm) a una micra de distancia se necesitarían fuentes de luz extremadamente potentes, para que los detectores tuvieran una señal muy limpia.
Por supuesto, lo anterior es un ejemplo extremo, pero si eres una forma de vida del tamaño de una bacteria que percibe directamente el campo utilizando una matriz de sensores moleculares finamente espaciados, es muy posible que puedas "ver" características del Mundo por debajo de la longitud de onda en tu vecindad inmediata. Además, es posible concebir una criatura diminuta que "sienta" su entorno mediante sensores moleculares. microscopios de fuerza atómica .
Así que sí, si se incluye toda la física y se tiene en cuenta la condición de que hay que acercarse mucho a los objetos detectados, sería posible que una forma de vida del tamaño de una bacteria viera detalles por debajo de la longitud de onda en su vecindad inmediata, quizá incluso átomos individuales si incluimos la detección de fuerzas atómicas.
Por supuesto, empaquetar todo el "cerebro" de procesamiento de señales en la forma de vida necesaria para comprender esta información podría ser otro asunto totalmente distinto.
