Przeważnie widzisz rzeczy, ponieważ odbijają światło. Część tego pochłaniają, co nadaje im kolor, ale zobaczysz je również, jeśli skierujesz na nie światło podczerwone lub ultrafioletowe. A więc: niezależnie od tego, jakie światło na nich skierujesz, duża część tego światła zostanie odbita i możesz je wykryć, aby „zobaczyć” materię.

Twoja argumentacja wydaje się zatem wsteczna. Najbardziej prawdopodobnym pomysłem jest to, że większość światła na Ziemi ma określoną długość fali, a zatem oczy większości zwierząt przystosowały się do tej długości fali.

Dokładniej, spójrz na widmo słońca: Jak widać (część żółta), promieniowanie jest najsilniejsze w obszar światła widzialnego. Wynika to z faktu, że słońce jest prawie idealnym czarnym ciałem o temperaturze jego powierzchni. Otóż, światło docierające do powierzchni nie jest w całości światłem słonecznym, ponieważ niektóre długości fal są blokowane przez atmosferę (pozostaje czerwień), co wynika z faktu, że elementy pochłaniają pewne poziomy promieniowania.

Teraz wykrywanie światła jest trudniejsze, jeśli jest go mniej (nie widzisz dobrze w ciemności), stąd łatwiej jest wykryć intensywne światło - dlatego dobrze jest wyregulować oczy do obszaru, w którym światło jest najbardziej intensywne.

Jest jeszcze kilka innych aspektów, o których warto wspomnieć:

1. Należy również pamiętać, że „światło” o wyższej energii może powodować inne trudności. Duża część materii organicznej staje się przezroczysta dla promieniowania gamma (niektóre nawet dla promieni rentgenowskich - dlatego tomografia działa), co oznacza również, że znacznie trudniej jest wykryć promieniowanie rentgenowskie z materiałem organicznym, więc jeszcze trudniej byłoby zbudować organiczny oko, aby „widzieć” i wykorzystywać niskie intensywności promieniowania gamma. Mimo to: mając dobry detektor i wystarczająco intensywne promieniowanie rentgenowskie, prawdopodobnie mógłbym również zobaczyć dobry obraz mojego otoczenia.

2. To samo dotyczy drugiego kierunku: fale radiowe mają bardzo długie fale. Zwykłe oko nie jest wystarczająco duże, aby je zobaczyć.

Efekt tego wszystkiego jest taki:

• Ponieważ całe widmo wymaga znacznie większej różnorodności detektorów, jeden typ „oka” po prostu nie wystarczy.

• Światło na Ziemi występuje najobficiej w wąskim paśmie widma elektromagnetycznego

Nie wyjaśnia to, dlaczego tylko zobacz określone pasmo widma elektromagnetycznego, chyba że chcesz ekonomii biologicznej.

EDYCJA: Dlaczego więc niektóre zwierzęta widzą promieniowanie UV, a żadne światło podczerwone? W przeciwieństwie do wcześniejszego stwierdzenia, wydaje się, że jest to bardziej problem biologiczny: prawdopodobnie będziesz potrzebować zupełnie innego "oka", podobnie do tego, o czym zasugerowałem, mówiąc, że potrzebujemy większej liczby detektorów: jedyne zwierzęta z naprawdę potwierdzone widzenie w podczerwieni to węże, które nie używają oczu, aby „widzieć” światło podczerwone. Z drugiej strony wszystkie zwierzęta z potwierdzonymi zmysłami UV używają oczu, mają tylko nieco inne okno widzialności przesunięte na ultrafiolet lub po prostu inny typ receptorów (niektóre ptaki mają najwyraźniej do pięciu różnych receptorów kolorów, które również rozszerzyły szerszy zakres długości fal).

Nie zamieściłem pełniejszego przeglądu biologii - to jest przecież kwestia fizyki. Zobacz także odpowiedź Thomasa, aby uzyskać pełniejszy argument dotyczący niektórych argumentów biologicznych, pokazujących, że prawdopodobnie nie jest korzystne posiadanie wielu oczu.

EDYCJA 2: Dodano kilka pytań w celu wyjaśnienia , więc spróbuję odpowiedzieć na te pytania:

Czy większość przejść poziomów energii w przypadku obiektów dnia codziennego dość dokładnie odpowiada długościom fal światła widzialnego?

Odpowiedź: Nie, nie. Rzućmy okiem na widmo emisyjne wodoru, pierwiastka występującego w największej liczbie we Wszechświecie, a także bardzo obecnego na Ziemi (aczkolwiek normalnie związany): Widmo wodoru, aw szczególności to zdjęcie z Wikipedii. Widzimy wiele linii, z których tylko kilka jest widocznych (cztery linie w serii Balmera). NIST posiada bazę danych linii widmowych dla każdego elementu (patrz http://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/lines_form.html), w której można zobaczyć, że istnieje wiele linii które nie są widoczne. Jednak nie wiem, jak prawdopodobne są wszystkie te przejścia. Linie Balmera dla wodoru są oczywiście bardzo prawdopodobne.

Gdyby w paśmie światła widzialnego nie nastąpiły żadne przejścia elektroniczne, czy nadal bylibyśmy w stanie używać tego pasma do widzenia? Jeśli nie, jakie byłyby najskuteczniejsze sposoby widzenia?

Zakładając, że mamy urządzenie do rzeczywistego wykrywania światła w tych częstotliwościach bez użycia przejść elektronowych (jest to bardziej kwestia biofizyczna i poza moimi możliwościami): Moglibyśmy używać tego pasma właśnie z powodu tego, co powiedziałem w mojej pierwotnej odpowiedzi: większość światła, które widzimy, to odbite światło słoneczne, które nie jest pochłaniane i ponownie emitowane lub po prostu emitowane. Ponieważ światło słoneczne występuje w dużej ilości dokładnie w widmie widzialnym (i nie ma to nic wspólnego z widmami emisyjnymi atomów), widzielibyśmy bardzo dobrze. Jednak kolory będą problematyczne: światło słoneczne jest białe, a kolory wynikają z pochłaniania pewnych części tego światła, podczas gdy inne są po prostu odbijane.

Proces absorpcji jest powiązany z liniami widmowymi, ale wydaje mi się, że nie wiem wystarczająco dużo, aby to połączenie było bardziej precyzyjne. Może się więc zdarzyć, że brak jakiejkolwiek absorpcji w tej części widma sprawi, że nasz świat będzie raczej bezbarwny - zobaczylibyśmy czarno-biały.

Promieniowanie EM jest usuwane na dwa sposoby:

1. Absorpcja ciała doskonale czarnego

2. wzbudzenie elektroniczne / wibracyjne / obrotowe

Wszystkie ciała stałe pochłaniają dzięki mechanizmowi ciała doskonale czarnego, (1), ale wszystko to zamienia napływające promieniowanie na ciepło i trudno jest precyzyjnie określić mniej więcej dokładnie w miejsce uderzenia nadchodzącego fotonu. Nadal można wykonać bardzo podstawowe obrazowanie, na przykład węże używają tej metody, aby uzyskać informacje o położeniu ofiary. Jednak jest znacznie mniej precyzyjny niż obrazowanie wzrokowe.

Metoda (2) polega na tym, że nadchodzący foton zmienia stan kwantowy cząsteczki. Wzbudzenie obrotowe powoduje zmianę momentu pędu cząsteczki, wzbudzenie wibracyjne polega na tym, że cząsteczka zmienia swoją energię wibracyjną, a wzbudzenie elektroniczne polega na tym, że elektron w cząsteczce zmienia poziomy energii.

Energia związana z trzema rodzaje wzbudzeń są bardzo różne. Przejścia obrotowe mają tendencję do zachodzenia przy częstotliwościach mikrofalowych, wibracyjnych w podczerwieni i elektronowych w zakresie widzialnym do ultrafioletu. Spośród tych trzech tylko przejścia elektroniczne mogą być z pożytkiem wykorzystane w oku z różnych powodów. Na przykład wzbudzenia obrotowe i wibracyjne mają tendencję do rozmywania się w ciałach stałych i płynach w wyniku interakcji między cząsteczkami. Również mikrofale mają zbyt dużą długość fali, aby zapewnić dobre widzenie, chyba że oko jest zbyt duże (tj. Rozmiar talerza radaru!). Wreszcie, podczerwień jest silnie absorbowana przez wodę, a jeśli w twoim oku jest woda, to jest to problem.

Tak więc każde użyteczne oko może być oparte na wzbudzeniach elektronicznych i tak właśnie działa nasze oko, ponieważ wykrywa ono wzbudzenie elektroniczne cząsteczek rodopsyny. Elektroniczne wzbudzenia prostych atomów i cząsteczek leżą w ultrafiolecie, ale fotony UV mają dużo energii i niszczą tkanki (dlatego dochodzi do oparzeń słonecznych), więc nie są zbyt przydatne do widzenia. Tworząc cząsteczki ze sprzężonymi wiązaniami podwójnymi, energia wzbudzeń elektronowych może zostać obniżona do zakresu widzialnego i to właśnie robią oczy. Pigmenty optyczne kręgowców pochodzą od witaminy A, a ta ma sprzężone wiązania podwójne, które tworzą chromofor. Jednak uzyskanie energii niższej niż długość fali 800nm ​​wymagałoby rozszerzonych i prawdopodobnie niestabilnych cząsteczek, więc wyznacza to dolną granicę.

Odpowiedź jest zasadniczo taka, że ​​przejścia elektronowe są wymagane do widzenia, a względy praktyczne ograniczają użyteczne długości fal w zakresie 400 - 800nm.

Oprócz innych odpowiedzi, wizualne widmo światła odpowiada wycięciu w widmie absorpcji atmosfery.

Źródło obrazu: http: //en.wikipedia.org/wiki/File:Atmospheric_electromagnetic_opacity.svg

Oprócz wyjaśnień dotyczących „fizyki” w innych odpowiedziach, musimy wziąć pod uwagę biologię. Aby stworzyć „oko”, potrzebny jest jakiś rodzaj soczewki (lub, koncepcyjnie, lustra - ewolucja odkryła teleskop Galileusza, a nie Newtona, ale być może mógłby), który skupia wpadające światło i receptory, które są aktywowane fotony. Istnieją (co najmniej) trzy ważne czynniki przy wyborze długości fali:

• Ogniskowanie wymaga powierzchni o wymaganym kształcie z dużą dokładnością, mniejszą niż długość fali światło, które ma być wykryte. Tak więc krótsze fale są trudniejsze w obsłudze. Najmniejsze komórki mają długość rzędu pół mikrometra; poniżej wchodzimy w sferę wirusów. Biologiczne urządzenie ogniskujące miałoby problemy z obsługą fal o długościach krótszych niż najsłabsze UV.

• Receptor musi otrzymać wystarczającą ilość energii, aby mógł zostać aktywowany. Długie fale oznaczają mniej energii na foton, co utrudnia aktywację. Długie fale wymagają większego oka, co utrudnia osiągnięcie pożądanej precyzji.

• Każda złożona struktura zużywa zasoby genetyczne; jest tylko tyle genów, które mogą zmieścić się w niektórych chromosomach.

Zatem z ewolucyjnego punktu widzenia istnieje pewna presja genetyczna, która oznacza, że ​​gatunek odnoszący sukcesy będzie takie, które mają jeden rodzaj oczu (a nie dwa lub trzy rodzaje oczu działające na różnych długościach fal), a to oko będzie czymś w rodzaju „optymalnego kompromisu” między potrzebą wystarczającej ilości napływającej energii a łatwością utrzymania właściwy kształt ogniskowania. W jakiś sposób ma sens, że optymalny kompromis znajduje się przy długościach fal, w których zdarza się, że na Ziemi występuje najwięcej światła, ponieważ więcej energii oznacza, że ​​oczy mogą być mniejsze.

Oprócz odpowiedzi Martina istnieje również fizyczny mechanizm wykrywania światła.

• Światło o długości fali ultrafioletowej może zostać zaabsorbowane w celu jonizacji atomu, wyzwalając Reakcja chemiczna; światło w obszarze widzialnym może być absorbowane tylko w celu wywołania wzbudzenia i wymaga złożonych cząsteczek o określonych właściwościach chemicznych, aby przekształcić to wzbudzenie w rzeczywistą reakcję chemiczną niezbędną do rzeczywistego wykrycia. ( http://www.chemistry.wustl.edu/~edudev/LabTutorials/Vision/Vision.html) wyjaśnia szlak biochemiczny, w którym absorpcja 1 fotonu prowadzi do kaskady sygnału chemicznego (której omówienie jest prawdopodobnie poza zakresem tego pytania)

• okno bliskiej podczerwieni nie ma prawie żadnych powiązanych wzbudzeń elektronicznych, ponieważ fotony w tym oknie energii nie mają wystarczającej energii, aby wzbudzić elektron między dowolnymi poziom podstawowy i każdy inny poziom

(widmo w bliskiej podczerwieni ciekłego etanolu, z http://en.wikipedia.org/wiki/Near -spektroskopia_podczerwieni)

• przy temperaturze otoczenia około 300 K, odbiór fal dłuższych niż 700 nm byłby trudny do zmierzenia przy użyciu procesów chemicznych, ponieważ wszystko wrażliwe chemicznie w tym regionie byłoby spontanicznie reagują z fotonami termicznymi pochodzącymi z otoczenia lub nawet z siebie samego.

(z http://pveducation.org/pvcdrom/properties - promieniowania słonecznego / ciała doskonale czarnego)

Podsumowując, chociaż bardzo krótkie fale oddziałują z tkanką organiczną, nawet fale o krótkich długościach (UV) są nadal szkodliwe (dot. raka skóry spowodowanego polimeryzacją DNA i innymi skutkami chemicznymi) , widzialne długości fal są tym, co widzimy, bliska podczerwień nie ma łatwej zdolności do wyzwalania procesów chemicznych, a daleka podczerwień jest tym, czym świecą detektory, ponieważ są w 300 K, więc byłby zbyt podatny na spontaniczne wykrywanie termicznych bez obrazowania fotony.

Jedyne rozsądne długości fal, jakie pozostały przy jakiejkolwiek rozdzielczości, to te, które faktycznie widzimy.

Moim zdaniem (haha) świata dzieje się tak dlatego, że zwierzęta istnieją w wygodnych, średnich rozmiarach w odniesieniu do skali obserwowanych przez nie rzeczy.

Biorąc za przykład ludzi, gdyby byli o dziesięć rzędów wielkości mniejsze, światło prawdopodobnie nie miałoby takiego znaczenia. Nawiasem mówiąc, jeśli weźmiemy pod uwagę, jak bardzo małe organizmy postrzegają świat, stwierdzimy, że wizja jest dla nich raczej niewielką częścią obrazu. Wiele z rzeczy, na których im zależy, i tak znajduje się poniżej dostrzegalnego progu widma „światła widzialnego”, ponieważ większości rzeczy brakuje koloru w tej skali (w szczególności większość rzeczy, które naprawdę budzą zainteresowanie, jest mniejsza niż 800 nm). Problem 800 nm to tak naprawdę kwestia oprzyrządowania, ale jest jeszcze jedna kwestia: liczba synaps, która może zmieścić się w mózgu takiego organizmu. Jest to poważny problem i zmusza ssaki, gady i inne istoty, które uważamy za w pełni czujące, do istnienia powyżej pewnego minimalnego rozmiaru, i zdarza się, że istoty tej skali są tymi, o których myślimy, kontemplując „obserwatorów”.

Z drugiej strony, jeśli ludzie byliby o dziesięć rzędów wielkości więksi, światło staje się zbyt wolne, aby mogli się nimi zająć w zakresie obserwacji. Jasne, prędkość światła może narzucić twardą granicę mechanice myśli w fizycznym umyśle (przynajmniej dlatego, że jest to granica szybkości interakcji elektrochemicznych), ale trudno jest wyobrazić sobie bardzo dużą czującą istotę dotyczy to bardzo obserwacji widma światła wykraczających poza bardzo prymitywne testy. Rozważ absurdalnie niezgrabne eksperymenty, w których ludzie obecnie angażują się w to, co (arbitralnie) postrzegają jako zakres „wysokiej energii”.

Zdarza się, że czujące zwierzęta pojawiają się w określonej skali, co sprawia, że ​​obserwacje oparte na świetle są szybkie, łatwe, płodne i dlatego dominujące w ich myśleniu. W każdym razie w tym wszechświecie. To nie czyni go wyjątkowym, to sprawia, że ​​jest to błąd związany z obserwacją.