只用眼睛看的人都是瞎子

只用眼睛看的人都是瞎子

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作者：Rachel Thomas

翻譯：Nothing

審校：山寺小沙彌

人類的眼睛非常不可思議。你、我以及大部分沒有視力問題的人可以看到我們永遠也不可能到達的地方。太陽距離地球149000000千米，在晴朗的夏天可以被清楚地看到。晚上，當我看著星空，我可以看到數光年遠的地方。「你想看多遠就可以看多遠，」劍橋大學理論物理教授Ben Allanach說。「如果你看著數光年外的一顆星星，只要它足夠亮你就可以看到它。」

觀星

我們在看東西時，分辨能力是有限制的。其中之一就是角解析度。你的眼睛看到是物體反射（或者產生）的光線。這些光線通過你的瞳孔並且被你眼睛中的晶狀體聚焦在視網膜上。瞳孔的大小（類似於照相機的光圈）決定了你可以分辨開的兩個物體的距離，這取決於兩個物體反射的光線之間的角度。

光由波構成，它在通過障礙物時會向四周擴散或者說會衍射，這就像水流在通過窄橋之後會擴散一樣。這種性質會導致光波之間相互干渉並且形成衍射圖樣，這已經被著名的雙縫干涉實驗所證實。光線擴散的特性會形成艾里斑-它限制了光線通過圓形洞之後可以彙集的程度。兩個不同的光源只有在它們的艾里斑相互不重合時才能被區分開。這個限制，角解析度，被角度

所描述,

是光線進入人眼時它們的角度。角解析度取決於洞的尺度（尺度用d表示，它是洞的直徑）和光的波長（

）:

θ≈1.22λ/d

人眼的角解析度大約是1弧分（0.02度或者0.0003弧度），它允許我分辨出1公里外相距30厘米以上的物體。「你看到的一顆星星可能是分開的角度很小的兩顆行星，」Allanach說。「你不能分辨它們，因為它們看起來就是一顆星

星。」

彩虹之外

另一個限制我們的視力的因素是光的頻率。光由傳播速度為300000000m/s的電磁波組成。這些電磁波可以包含不同的頻率和波長。其實我們看到的顏色就是由這些頻率和波長決定的-紅色光的波長是620-750納米，相應的頻率是400-484太赫茲；紫色光波長為280-450nm，響應的頻率是668-789太赫茲。

我們可以看到的顏色包含彩虹所包含的顏色，但在我們周圍充斥的光中既包含可見光又包含不可見光。和我們的眼睛構造不同的眼睛可以看到紫外線或者紅外線。「人類看不到紫外線，但是昆蟲看得到，」Allanach說。例如，蜜蜂的複眼不僅包含數千個鏡頭，它們的眼睛中還包含紫外線的感受器。

一個有趣的關於顏色測量的說明來自Norwegian Neil Harbisson。Harbisson是完全的色盲，這是指發生在人身上的罕見情形。「他看到的世界是黑白色的，」Allanach說。但是Harbisson，他承認自己是半個機械人，已經將自己強化成可以感受顏色的狀態。他將一台照相機裝在頭上並將捕獲到的顏色轉換成聲音。

「聲音通過他的骨頭傳導進入他的耳朵，」Allanach說。「他可以聽到顏色。當電話響起來，它聽起來是紫色的。 Harbisson關於顏色的體驗將視覺聽覺轉換了，這叫做共感覺。」現在他加強了自己的裝置，現在他能看到紅外線。顯然，當你在他附近使用一個老式遙控器時，他可以聽到它。

超越人類感官

這聽起來也許很極端，但是我們已經為了增強自己的身體和感官努力了很長時間。從助聽器到眼鏡和隱形眼鏡再到耳蝸植入設備的改進-人類一直在尋找克服自己身體極限的辦法。在科學中，我們從十七世紀開始就一直致力於提高自身的測量能力。古希臘人利用放大鏡，十七世紀出現的顯微鏡使得我們可以觀察生物的微觀結構。伽利略製造了最早的望遠鏡之一併且在1610年發現了木星周圍的衛星。更大的鏡頭的使用使得角解析度提高，這使得天文學家可以看到更小的物體而且可以分開離的很近的星星。

望遠鏡和放大鏡都利用鏡頭來放大物體的像。「但是當你深入到某個層次，比如分子水平，沒有哪種光學顯微鏡可以幫助你觀察它。」Allanach說。所以你需要其他的設備比如電子顯微鏡和掃描探針顯微鏡。

數學和技術使得我們可以看到更多，甚至在我們身體深處。核磁共振通過將磁場施加到水分子的振動上去，然後探測磁場的響應。接下來利用電腦程序中的數學技術重建圖像，這使得我們可以看到人體內的水分子。相比僅僅是利用眼睛和顯微鏡加強我們的感官。「這些並不能被我們日常的感官看到。」Allanach說。

但是這和我們日常看到的有不一樣的地方嗎？「當我們看的時候，沒有什麼東西可以越過視力過程進入我們的大腦。」Allanach說。「當你感受到它之前，在你的CPU也就是你大腦中的電腦處理它之前，已經有其他過程接收到了它的信息。所以，通過你建造的機器觀察到的東西和你直接觀察到的東西並沒有什麼不同。」

原文鏈接：

https://plus.maths.org/content/what-can-we-see

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