211service.com
Det tornede spørgsmål om, hvorvidt mennesker kan observere enkelte fotoner
Kan mennesker se enkelte fotoner? Det lyder som et relativt simpelt spørgsmål at besvare, men problemet viser sig at være mere tornet og indviklet, end nogen havde mistanke om. Men det har også en stor indflydelse på vores rimelige forventninger til fremtidige sensorer.
Det menneskelige øje er ekstremt følsomt over for lys. Fysikere har i nogen tid vidst, at de lysfølsomme stænger bagerst i øjet kan stimuleres af enkelte fotoner. Men de ved ikke, om denne påvirkning kan forplante sig gennem det visuelle og kognitive system og føre til perception.
Teknologien til at teste denne idé er først for nylig blevet tilgængelig. I de sidste par år har fysikere udviklet fotonkanoner, der kan producere par af fotoner efter behov, med høj pålidelighed.
Nu ser du det, nu gør du det ikke.
Par er vigtige, fordi de giver en måde at overvåge, hvornår fotonpistolen er blevet udløst. Den ene foton sendes til eksperimentet, mens den anden opbevares af forsøgslederen, som så ved, at pistolen er affyret.
Eksperimentet i sig selv er i bund og grund simpelt. Det involverer at skyde en foton ind i et menneskeligt øje og derefter beslutte, om motivet har observeret det eller ej.
I praksis er eksperimentet vanskeligt, ikke mindst på grund af det store antal forsøg, der kræves for at få et statistisk signifikant resultat, og de menneskelige observatørers upålidelighed.
Sidste måned offentliggjorde Alipasha Vaziri ved universitetet i Wien i Østrig og få venner resultaterne af deres egen version af dette eksperiment. De strålede enkelte fotoner ind i øjnene på mennesker og bad dem om at optage, når de så en foton. De bad dem også om at registrere tilliden til deres observation på en skala fra 1 til 3.
Eksperimentet involverede over 30.000 forsøg, hvoraf 2.420 brugte faktiske fotoner. Forsøgspersonerne observerede korrekt fotoner 51,6 procent af tiden.
Det fører Vaziri og co til en klar konklusion. Mennesker kan opdage en enkelt-foton-hændelse på hornhinden med en sandsynlighed væsentligt over tilfældighederne, siger de i Nature Communications.
Men det resultat bliver der nu sat spørgsmålstegn ved. I dag siger Paul Kwiat og venner ved University of Illinois i Urbana-Champaign, at dataene ikke understøtter en så robust konklusion. De siger, at Vaziri og co's eksperiment mangler den statistiske kraft til at støtte deres konklusion. Vi kan ikke konkludere, at mennesker kan se enkelte fotoner baseret på dataene fra denne undersøgelse, siger Kwiat og co.
Kwiats gruppe er godt placeret til at bedømme dette arbejde, efter at have udført deres egne eksperimenter på grænserne for menneskets syn.
Så i øjeblikket er juryen ude - vi kan endnu ikke klart sige, om mennesker kan observere enkelte fotoner.
Men hvorfor er dette vigtigt? Svaret er, at denne form for arbejde udforsker biologiens fysiske grænser. Energien af en enkelt foton er næsten ufattelig lille - i området 10-19 Joule. Og alligevel er den menneskelige hjerne en varm, våd maskine, der jævnligt oversvømmes af støj.
Evnen til at detektere en så lille mængde energi ville afsløre, hvor kraftige biologiske sanser kan være, selv i varme våde omgivelser.
Det er en evne, som fysikere og ingeniører meget gerne vil kopiere. Så dette arbejde, og det arbejde, der sandsynligvis vil følge, vil sætte barren for bioingeniører. Uanset hvad grænsen viser sig at være, så forvent betydelige teknologiske fremskridt som et resultat.
Ref: arxiv.org/abs/1707.09341 : Korrespondance: Stadig ingen beviser for enkeltfotonpåvisning af mennesker Nature Communications 7, artikelnummer: 12172 (2016) : Direkte påvisning af en enkelt foton af mennesker