Может ли человек увидеть один фотон

Начнём с того, что наша сетчатка может зарегистрировать всего один фотон. Но есть нейронные фильтры в нашей голове, которые позволяют сигналу пройти в мозг и вызвать сознательную реакцию лишь в том случае, когда за 0,1 секунду поступает не менее шести-девяти фотонов.Данный природный "фильтр" не является недостатком, напротив, он предохраняет нас от излишнего светового шума.Некоторые люди утверждают, что одиночные фотоны действительно можно увидеть, ссылаясь на слабые вспышки от солнечной радиации в космосе или от радиоактивных материалов. Этот аргумент неверен, поскольку такие вспышки на самом деле производят большое количество фотонов. Также невозможно утверждать это по способности астрономов-любителей видеть слабые звезды невооруженным глазом. Чтобы проверить зрительную чувствительность, необходимо провести тщательный эксперимент.В человеческом глазу сетчатка состоит из двух видов рецепторов: палочек и колбочек. Колбочки в сетчатке отвечают за цветовое зрение, но чувствительность к слабому свету у них заметно меньше, чем у палочек. При ярком свете зрачок сужается, а изображение воспринимается за счёт колбочек. Это явление получило название "фотопическое зрение". Если зайти в тёмную комнату, требуется некоторое время чтобы глаза адаптировались, открывая диафрагму (расширяя зрачок), чтобы впустить большее количество света. За 20 минут в результате химических процессов чувствительность палочек повышается (в абсолютных единицах уменьшается) и составляет одну 10 000-ную долю от уровня, необходимого для работы колбочек. Это приводит к тому, что мы лучше видим в темноте, однако, различить цвета становится практически невозможно. Это называется скотопическим зрением.Активным веществом в палочках является родопсин. Один квант света может быть поглощен одной молекулой, в результате чего возникает химический сигнал, передающийся по зрительному нерву. В качестве светопоглощающего пигмента используется альдегид витамина А. Одним из симптомов дефицита витамина А является ночная слепота - нарушение скотопического зрения.Для того, чтобы проверить чувствительность зрения нужно взять слабый источник света и комнату без света. Подобный эксперимент был успешно проведен тремя учёными в 1942 году. Они пришли к выводу, что палочки способны реагировать всего на один фотон при скотопическом (ночном) зрении.В своем эксперименте они взяли нескольких испытуемых и на пол часа посадили их в комнату без света, для того, чтобы их глаза привыкли. Они расположили управляемый источник света так, чтобы свет падал на область сетчатки с наибольшей концентрацией палочек (да, распределение палочек и колбочек в сетчатке неравномерное). Источник света представлял собой диск, наклоненный под углом и испускающий слабую вспышку длительностью 1 тысячную долю секунды, чтобы избежать слишком большого пространственного или временного распространения света. Длина волны составляла около 510 нм (зеленый свет). Испытуемых просили ответить "да" или "нет", чтобы сказать, считают ли они, что видели вспышку. Постепенно уменьшая интенсивность света, исследователи добились того, что испытуемые стали давать неправильные ответы.Исследователи обнаружили, что для 60% успешного ответа в глаз должно попасть около 90 фотонов. Поскольку только около 10% фотонов, поступающих в глаз, попадают на сетчатку (из-за преломления и отражения), это означает, что на самом деле рецепторам требовалось около 9 фотонов. Поскольку эти фотоны были бы распределены между 350 палочками, экспериментаторы смогли сделать статистический вывод, что палочки должны реагировать на одиночные фотоны, даже если испытуемые не могли видеть такие фотоны, поскольку они поступали слишком редко.