فوتون‌ها و قدرت چشم انسان

فوتون‌ها ذرات بنیادی سازنده‌ی نور و امواج الکترومغناطیس هستند.

فوتون، جرم و بار ندارد و در خلاء با سرعت نور حرکت می‌کند. فوتون‌ها با خود انرژی حمل می‌کنند و میزان این انرژی بستگی به فرکانس آن‌ها دارد. اگر بپرسید ابعاد یک فوتون چقدر است، پاسخ دقیقی برای آن وجود ندارد، چرا که فوتون‌ها ذرات بنیادی هستند و اندازه و شکل قطعی ندارند. چرا که فوتون‌ها ذرات نقطه‌ای (ریاضیاتی) هستند و ابعاد فیزیکی ندارند. این ایده که نور از ذرات تشکیل شده است اولین بار توسط نیوتن پیشنهاد شد. نیوتن نام سلول‌ها یا corpuscles را برای ذرات سازنده‌ی نور انتخاب کرد. البته دلایل نیوتن چندان دقیق نبود. اما اینکه ما چطور می‌دانیم که نور از فوتون‌ها تشکیل شده است، آزمایشات این را به ما نشان داده است.

به کمک دستگاه‌های دقیقی مثل photomultiplier می‌توان حتی یک فوتون نور را نیز تشخیص داد. اما بسیار پیشتر از اختراع این دستگاه، ما خود دستگاه دقیقی برای تشخیص فوتون‌ها در اختیار داشته‌ایم. چشم ما به گونه‌ای تکامل یافته‌ است که به راحتی می‌تواند تعداد انگشت شمار فوتون نور (در حد ۵ یا ۶ فوتون نور) را سریعا تشخیص دهد. سلول های عصبی چشم ما به راحتی این تعداد فوتون را دیتکت کرده و به مغز پیغام می‌دهند. جالب‌تر اینکه ما در شرایط خاص، حتی توانایی تشخیص یک فوتون را نیز داریم.

در سال ۲۰۱۶، تیمی از محققان دانشگاه راکفلر ایالات متحده، آزمایشی را طراحی کردند که این امر را به خوبی نشان می‌داد. آزمایش بدین شکل بود که شخص درون یک اتاق تاریک قرار می‌گرفت. یک پرتو لیزر به یک شکاف‌ دهنده‌ی پرتو تابیده می‌شد و سپس پرتو به دو بخش تقسیم می‌شد. یک مسیر حاوی یک فوتون نور و مسیر دیگر فاقد فوتون نور بود و از شخص خواسته می‌شد تا مسیر حاوی تک فوتون را نشان دهد. این آزمایش بارها بر روی افراد مختلف صورت گرفت و مشخص شد، چشم انسان با دقت بیش از نود درصد، قادر است حتی تک فوتون نور را ثبت کند.

– اَبا اِباد

توضیح تصویر – چشم‌ها علاوه بر اینکه از نظر علمی بسیار پیچیده و جذاب هستند، از نظر هنری نیز همواره جولانگاه هنرنمایی نویسندگان، شاعران و هنرمندان بوده است. تصویر نقاشی آینه‌ی کاذب (۱۹۲۸)، اثر نقاش مشهور بلژیکی، رنه ماگریت است.