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ライフハッカー編集部ライフハッカー編集部  - ,  10:00 PM

ヒトの目は「光子が3個」あれば認識できる:研究結果

ヒトの目は「光子が3個」あれば認識できる:研究結果

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どんなにがんばっても、真っ暗闇のなかではヒトはものを見ることができません。しかし、光の粒子である「光子」がほんの少しでも存在する場所では、私たちの目のなかの特別な細胞が活動します。


光子が最低いくつあれば、私たちの目はものを見られるのでしょうか。それを突き止めようとする研究は1940年代から行われてきましたが、このほどついにイリノイ大学の研究グループが、その答えを見つけました。ヒトの目の限界は、光子3個なのだそうです。

このことは、オハイオ州コロンバスで開催されたアメリカ物理学会(APS)の研究集会で、2015年6月10日に発表されました。『Nature』誌のウェブサイトが報じています

私たちの網膜の視細胞には「桿体(かんたい)細胞」と「錐体(すいたい)細胞」の2種類があります。桿体細胞は明暗(グレーの濃淡)に反応し、光に対して非常に高い感度を示します。それに対して、錐体細胞は色彩を認識するもので、暗闇ではあまり役に立ちません。そのため、ヒトの目が光を認識する能力の下限を見極めるに当たっては、桿体細胞内の活動の検出が試みられてきました。

2012年に発表された別のグループの研究は、カエルの桿体細胞を採取してペトリ皿に乗せて実験を行い、たった1個の光子に対しても反応が示されることを確認しました。しかし、実際の体内ではこのようにはいきません。目に届く光のほとんど(90~97%)は、反射・吸収されてしまい、桿体細胞には届かないのです。それに、神経系は入念に調整されているので、1つの桿体細胞が1つの光子に反応しただけでは、おそらく「桿体細胞の誤作動」と解釈してしまいます。

過去に行われた実験から、ヒトの目の桿体細胞は光子が2~7個あれば認識できると考えられていましたが、正確な数の特定には至っていませんでした。なぜなら、実験に用いるレーザー光線に何個の光子が含まれるかを正確に制御できなかったからです。しかし、技術の進歩でかなり正確な制御が可能になり、今回の実験が実現しました。

この実験では、被験者たちを真っ暗な部屋に入れ、正確に30個の光子を含んだレーザー光線を、その目に当てました。研究グループの想定では、桿体細胞に届くのはそのうち約10%です。被験者たちには、光など見えなかったと思った場合であっても、光が右から来たか、左から来たかを答えてもらいました。すると、たった30個の光子を照射されただけなのに、被験者たちは、単なる偶然以上の確率で、光の方向を正確に言い当てられたのです。このことから研究チームでは、ヒトの目は光子が少なくとも3個あれば認識できるという結論を導き出しました。

イリノイ大学の研究グループは、将来的には、さらに光子の数を減らして実験を行い、ヒトの目がそれを認識できるかどうか、脳波をモニタリングして確認したいと考えています。また、光がもつ「奇妙な量子的特性」(ザックリいうと、光子には同時に2カ所に存在できる性質がある、ということです)についても実験を行い、ヒトの目がそれをどのように解釈するのか解明したいとのことです。


THE HUMAN EYE CAN SEE INDIVIDUAL PARTICLES OF LIGHT|Popular Science

Alexandra Ossola(原文/訳:阪本博希/ガリレオ)
Photo by Shutterstock.

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