211service.com
Det tornete spørsmålet om mennesker kan observere enkeltfotoner
Kan mennesker se enkeltfotoner? Det høres ut som et relativt enkelt spørsmål å svare på, men problemet viser seg å være mer vanskelig og kronglete enn noen mistenkte. Men det påvirker også våre rimelige forventninger til fremtidige sensorer dypt.
Det menneskelige øyet er ekstremt følsomt for lys. Fysikere har visst en stund at de lysfølsomme stavene på baksiden av øyet kan stimuleres av enkeltfotoner. Men de vet ikke om denne påvirkningen kan forplante seg gjennom det visuelle og kognitive systemet og føre til persepsjon.
Teknologien for å teste denne ideen har først nylig blitt tilgjengelig. I løpet av de siste årene har fysikere utviklet fotonpistoler som kan produsere par av fotoner på forespørsel, med høy pålitelighet.
Nå ser du det, nå gjør du det ikke.
Par er viktige fordi de gir en måte å overvåke når fotonpistolen har blitt utløst. Ett foton sendes til eksperimentet mens det andre holdes av eksperimentatoren, som da vet at pistolen har avfyrt.
Eksperimentet i seg selv er enkelt i hovedsak. Det innebærer å skyte et foton inn i et menneskelig øye og deretter bestemme om motivet har observert det eller ikke.
I praksis er eksperimentet vanskelig, ikke minst på grunn av det store antallet forsøk som kreves for å få et statistisk signifikant resultat og upåliteligheten til menneskelige observatører.
I forrige måned publiserte Alipasha Vaziri ved Universitetet i Wien i Østerrike og noen få venner resultatene av sin egen versjon av dette eksperimentet. De strålte enkeltfotoner inn i øynene til mennesker og ba dem ta opp når de så et foton. De ba dem også registrere tilliten til observasjonene deres på en skala fra 1 til 3.
Eksperimentet involverte over 30.000 forsøk, hvorav 2.420 brukte faktiske fotoner. Forsøkspersonene observerte fotoner korrekt 51,6 prosent av tiden.
Det fører Vaziri og co til en klar konklusjon. Mennesker kan oppdage en enkeltfotonhendelse på hornhinnen med en sannsynlighet betydelig over tilfeldighetene, sier de i Nature Communications.
Men det resultatet stilles nå spørsmål ved. I dag sier Paul Kwiat og venner ved University of Illinois i Urbana-Champaign at dataene ikke støtter en så robust konklusjon. De sier at Vaziri og cos eksperiment mangler statistisk kraft til å støtte konklusjonen deres. Vi kan ikke konkludere med at mennesker kan se enkeltfotoner basert på dataene fra denne studien, sier Kwiat og co.
Kwiats gruppe er godt posisjonert til å bedømme dette arbeidet, etter å ha utført sine egne eksperimenter på grensene for menneskelig syn.
Så for øyeblikket er juryen ute – vi kan ennå ikke tydelig si om mennesker kan observere enkeltfotoner.
Men hvorfor er dette viktig? Svaret er at denne typen arbeid utforsker biologiens fysiske grenser. Energien til et enkelt foton er nesten ufattelig liten - i området 10-19 Joule. Og likevel er den menneskelige hjernen en varm, våt maskin som regelmessig oversvømmes av støy.
Evnen til å oppdage en så liten mengde energi vil avsløre hvor kraftige biologiske sanser kan være, selv i varme våte omgivelser.
Det er en evne som fysikere og ingeniører gjerne vil kopiere. Så dette arbeidet, og arbeidet som sannsynligvis vil følge, vil sette baren for bioingeniører. Uansett hva grensen viser seg å være, forvent betydelige teknologiske fremskritt som et resultat.
Ref: arxiv.org/abs/1707.09341 : Korrespondanse: Fortsatt ingen bevis for enkeltfotondeteksjon av mennesker Nature Communications 7, artikkelnummer: 12172 (2016) : Direkte deteksjon av et enkelt foton av mennesker