¿Cómo es posible que otros animales a tener una mejor visión de la noche de los seres humanos, que puede detectar fotones individuales?

Question

Según el artículo de Wikipedia sobre la visión de la noche,

Muchos animales tienen mejor visión nocturna que hacen los seres humanos, el resultado de una o más de las diferencias en la morfología y la anatomía de sus ojos. Estas incluyen tener un mayor globo ocular, lente mas grande, una óptica más grande de la abertura (los alumnos pueden ampliar hasta el límite físico de los párpados), más bastones que conos (o varillas exclusivamente) en la retina, y un tapete lucidum.

Pero un estudio reciente ha demostrado que el ojo humano es capaz de detectar individuales de los fotones de la luz visible. A mí me parece que esta debe ser la mayor posible físicamente sensibilidad a la luz, ya que QED requiere excitaciones de la E&M para ser cuantificada en los números enteros de los fotones.

¿Cómo es posible que los animales a tener una mejor visión de la noche de los seres humanos, si los seres humanos pueden detectar luz individual quanta? Es justo que, mientras el ojo humano a veces puede detectar fotones individuales, otros animales, con los ojos puede hacerlo más a menudo?

Answer 1

La investigación muestra que los seres humanos pueden detectar fotones individuales, no de la que somos especialmente buenos en eso.

Un promedio a través de las respuestas de los sujetos y las calificaciones de un total de 30,767 ensayos, 2,420 de un solo fotón de eventos pasados post-selección y se encontró que el promedio de la probabilidad de respuesta correcta para ser 0.516±0.010 (P=0.0545; Fig. 2a), lo que sugiere que los sujetos pudieron detectar un único fotón con una probabilidad por encima del azar. (el énfasis es mío)

Este estudio demostró que se podía hacer mejor que el azar, pero no podemos hacer mucho mejor que el azar.

Se basa en la eficiencia de la señal del brazo y el sistema visual, se estima que en aproximadamente el 6% de todos los post-eventos seleccionados real inducida por la luz de la señal se genera (sección de Métodos).

Answer 2

La cita que usted hizo en Wikipedia incluye uno de los principales motivos por los superiores de la noche-visión en los animales: Tapete lucidum. El tapete lucidum es una capa justo por detrás de la retina, que es reflexivo; como la luz que entran en el ojo y alcanza la retina, no es totalmente absorbida por la retina, pero en su lugar pasa a través de los éxitos y el tapete lucidum. La luz se refleja de vuelta, golpeando la retina de nuevo, lo que efectivamente hace que el ojo el doble de la cantidad de luz disponible. La luz reflejada por el tapete lucidum es también la razón por la que muchos animales parece haber brillantes ojos al brillar una luz en ellos en condiciones de poca luz.

Los seres humanos y otros primates, falta el tapete lucidum y, como nosotros, los seres humanos también tienen menos varillas de muchos otros animales, el resultado es que tenemos una peor visión de la noche, aun cuando nuestros ojos tienen la capacidad de detección de los fotones individuales.

Answer 3

Y es también casi una cuestión de la longitud de onda de la sensibilidad. Ser muy bueno en la manchado 532nm de la radiación no es muy útil en la noche. Viendo IR.

Answer 4

La más grande es la abertura (diámetro de la pupila), la más fotones entrará por unidad de tiempo. Podemos estimar el número de fotones por unidad de tiempo necesario para detectar un tenue objeto. Como se ha señalado en este artículo, en circunstancias ideales, la gente con excelente vista puede detectar estrellas de magnitud $8.5$. Esto se traduce en un flujo luminoso de $L = 10^{-0.4 (8.5 + 14.18)}\text{ lux} = 8.5\times 10^{-10}\text{ lux}$. El alumno ancho de personas con una excelente visión nocturna será de aproximadamente 8 milímetros, por lo que la cantidad de luz que entra al ojo se $\pi \left(4\times 10^{-3}\right)^2 \text{meter}^2L = 4.3\times 10^{-14}\text{ lumen}$. La eficacia luminosa de una estrella típica será de alrededor de $100$ lumen/Watt, por lo que el flujo de energía que entra en el ojo será de alrededor de $4.3\times 10^{-16}\text{ Watt}$.

La máxima eficacia luminosa de una fuente de luz puede tener es $683$ lumen/Watt, esto es para monocromática fuentes de luz emiten a la $555$ nanómetros de longitud de onda. Así, podemos reemplazar la luz de las estrellas por la luz de longitud de onda emitida en $555$ nanómetros de longitud de onda de un poder de $6.3\times 10^{-17}\text{ Watt}$ que entra en el ojo y todavía sería detectable; esto corresponde a $176$ fotones por segundo.

La difracción limitada resolución angular del ojo, pasa a ser casi la misma que la máxima resolución posible según lo determinado por la densidad de la luz sensible a las células fotorreceptoras del ojo, por lo que estos fotones serán golpear a un pequeño número de células. Esto significa que usted necesita la orden de un centenar de fotones por segundo por las células fotorreceptoras ser capaces de detectar algo, y este número va a ser similar para otros animales. Pero otros animales pueden tener un mayor diámetro de la pupila y un número diferente de las células fotorreceptoras.

Answer 5

Tener una buena visión de las necesidades más que la detección de los fotones. Usted también necesita saber de dónde vienen.

La detección de los fotones individuales da una muy vaga impresión de que hay algo de luz en alguna parte. Con unos pocos cientos de fotones usted recibirá una muy áspera dirección, pero todavía no lo suficiente como para realmente notar la diferencia entre un ratón y una roca.

El ojo humano tiene dos tipos de foto receptores, los conos y varillas. (También hay un tercer tipo, pero es irrelevante para esta discusión)

Los conos nos da muy detallado, día de la visión del color. Ellos no trabajan en condiciones de poca luz.

Barras nos da de baja resolución, escala de grises de visión nocturna. Se pueden detectar los fotones individuales, pero la "baja resolución" es lo que nos hace perdedores en la visión de la noche a la competencia.

Para empeorar las cosas, la parte central del ojo tiene los conos, sin varillas. Lo que significa que si usted está mirando directamente a algo en la noche, usted se ve muy poco.

@Penangol sugiere que la detección de la radiación infrarroja da una visión de la noche ventaja. Si bien esto es cierto, el artículo de la Wikipedia que cita, parece indicar que esta es una rara adaptación en los animales.