Сколько атомов нужно, чтобы мы восприняли цвет?

Атомы по отдельности не имеют цветов, но когда имеется большая коллекция атомов, мы видим красочные объекты, что приводит к вопросу: по крайней мере, сколько атомов требуется для того, чтобы мы видели цвет?

user21820

Здесь есть пара вопросов.

Розовый (# FF00FF) объект выглядит розовым не потому, что каждый атом розовый. (Нет длины волны света, воспринимаемой обычным человеческим глазом как один и тот же розовый. Что происходит, так это то, что розовый объект излучает (или отражает) свет с несколькими длинами волн, который попадает в глаз и обнаруживается и обрабатывается для того, чтобы мы могли воспринимать его цвет как розовый. Поэтому в обычных условиях один отдельный атом не сможет казаться нам розовым, поскольку он не будет излучать фотоны соответствующие длины волны достаточно быстро, чтобы мы не видели никаких колебаний, но устойчивый розовый.

Даже для цветов, которые соответствуют одной длине волны света, нам потребуется значительное количество атомов, прежде чем он испустит достаточное количество фотонов для формирования стабильного статистического распределения длин волн (называемого спектром излучения), которое мы затем можем воспринимать и сравнивать с цветами что мы ранее испытали. Сколько атомов нужно, конечно, будет зависеть от скорости излучения, которая пропорциональна выходной мощности. Для отражения это будет зависеть в значительной степени от интенсивности света, падающего на объект.

И, конечно, молекулы, комплексы и макромолекулярные структуры могут иметь очень разные спектры по сравнению с их отдельными составляющими атомами, потому что энергетические уровни для электронов резко меняются, когда образуются (или разрушаются) связи. Например водный F е 3 + F е 3 + желтый, а водный F е 2 + F е 2 + зеленый, а твердый F е 2 О 3 F е 2 О 3 красновато-коричневый.

Только около 10% света, попадающего на глаз, на самом деле проходит через сетчатку. Даже те, которые поражают сетчатку, могут быть не обнаружены.

У человеческого глаза есть рецепторы, называемые колбочками и палочками. Между прочим, стержень может фактически реагировать на один фотон, который поражает активную молекулу в нем, в конечном счете вызывая электрический импульс по зрительному нерву. Конус теоретически способен реагировать и на один фотон , но по следующей причине нам не хватает одного фотона, чтобы увидеть его «цвет».

Каждый конус поглощает падающие фотоны разных частот с разными вероятностями. Именно так мы можем видеть много цветов, используя только 3 типа колбочек, потому что свет разных длин волн можно различить по тому, насколько они поглощаются каждым типом колбочек.

Но поскольку фотон может быть поглощен только одним конусом, это также означает, что сетчатка плюс мозг нуждается в большом количестве фотонов из одного и того же источника, прежде чем он сможет получить статистическую картину поглощения тремя типами колбочек, которую он затем интерпретирует как цвет. Это главная причина, по которой нам нужны тысячи фотонов от точечного источника, прежде чем мы сможем четко отличить его цвет от цвета других объектов. Чем ниже интенсивность света, тем сложнее нам различать цвета. И обратите внимание, что мы воспринимаем комбинацию чистого красного и чистого зеленого света (а именно комбинацию света двух разных частот) так же, как мы воспринимаем чистый желтый свет (соответствующей отдельной частоты), потому что они приводят к одному и тому же профилю поглощения для три типа колбочек.

Палочки намного плотнее, чем колбочки, за исключением фовеа, где палочек почти нет, и, следовательно, лучше видно вокруг центрального пятна в темноте. При фовеа конусы, чувствительные к «синему» (S-шишки), также встречаются реже, чем два других типа, примерно на 5%, в то время как конусы, чувствительные к «красному» (L-шишки), составляют примерно от 50% до 75%.

Общий эффект состоит в том, что вам нужно что-то вроде 100 000 фотонов из той же точки, попадающей на ваш глаз, прежде чем вы сможете воспринимать его цвет с нормальной человеческой точностью , даже больше для синего света.

И наконец, в атмосфере Земли происходит рэлеевское рассеяние , которое рассеивает «фиолетовый» свет (длина волны 400 нм) примерно 7 7 в разы сильнее, чем красный свет (длина волны 650 нм).

анна v

Это зависит от того, что вы подразумеваете под «видеть». В дифракционной решетке даже один фотон попадет в полосу «цвета», которую ему назначает его частота / энергия.

Для «видения» света необходим большой ансамбль фотонов, который описывается классической электродинамикой. Вы можете получить представление о том, сколько фотонов необходимо для того, чтобы действовать как классический электромагнетизм, из этого эксперимента с двумя щелями по одному фотону за раз :

Однофотонная камера для записи фотонов из двойной щели, освещенной очень слабым лазерным светом. Слева направо: один кадр, суперпозиция 200, 1000 и 500000 кадров.

В одном кадре может быть 50 фотонов; на 200 кадров начинает появляться интерференционная картина. Поэтому я бы ответил, что на 10000 фотонов цвет должен быть виден через сложную оптику сетчатки глаза.

Изменить после голосования.

Обратите внимание, что заголовок вопроса был резко отредактирован после того, как я ответил. Существует ответ с восприятием. Это охватывает обнаружение фотонов.