¿Cómo entran los fotones en los ojos?

Sí, estamos rodeados por un "mar de fotones".

Un objeto individual que refleja la luz (supongamos un reflector lambertiano , algo que refleja los fotones incidentes en todas las direcciones) envía una fracción de los fotones incidentes en todas las direcciones. "Alguna fracción" porque la superficie absorberá algo de luz (no existe el 100% blanco).

La propagación de fotones sigue leyes lineales (a intensidades de luz normales) de modo que dos fotones, como ondas, pueden viajar en caminos que se cruzan y continuar su camino sin perturbarse entre sí.

Finalmente, vale la pena calcular cuántos fotones golpean una unidad de área por unidad de tiempo. Si asumimos la luz del sol, sabemos que la intensidad de la luz es de aproximadamente 1 kW/m$^2$. Con fines de aproximación, si asumimos que cada fotón tiene una longitud de onda de 500 nm, tendría una energía de$E = \frac{h}{\lambda} = 3.97 \cdot 10^{-19}\ J$. Así que un metro cuadrado es golpeado con aproximadamente$2.5\cdot 10^{21}$fotones Supongamos que su columna gris refleja solo el 20% de estos y que el componente visible de la luz es aproximadamente 1/10 de la luz total (por el bien de este argumento, puedo estar equivocado por un orden de magnitud ... esto es para ilustración solo).

A una distancia de 200 m, estos fotones se habrían esparcido sobre una esfera con una superficie de$4\pi R^2 \approx 500,000\ m^2$, o$10^{14}$fotones por metro cuadrado por segundo.

Si su pupila tiene un diámetro de 4 mm, un área de$12\ mm^2$, será golpeado por aproximadamente$12\cdot 10^8$fotones por segundo de un metro cuadrado de superficie gris iluminada por el sol a 200 m de distancia.

A esa distancia, el tamaño angular de ese objeto es aproximadamente 1/200 de radián. La visión "normal" se define como la capacidad de resolver objetos que tienen unos 5 minutos de arco (hay 60 minutos en un grado y unos 57 grados en un radián). en otras palabras, debería poder resolver 1/(57*(60/5)) o aproximadamente 1/600 de un radián. Eso sigue siendo un montón de fotones...

Finalmente, pregunta "¿cómo distinguimos qué fotones se reflejan de qué"? Para esto tenemos que agradecer la lente en nuestro ojo. Un fotón tiene una dirección particular, y gracias a la lente su energía termina en una parte particular de la retina (esto es lo que llamamos "enfoque"). Los fotones de diferentes direcciones terminan en un lugar diferente. Los nervios en la parte posterior de la retina nos dicen dónde aterrizaron los fotones, e incluso de qué color eran. La corteza visual (parte del cerebro) usa esa información para crear una imagen del mundo que nos rodea en nuestra mente.

No es nada menos que milagroso.

Feynman tiene una charla fascinante sobre la luz :

Si estoy sentado junto a una piscina y alguien se zambulle, pienso en las olas: estas cosas que se han formado en el agua. Cuando muchas personas se han sumergido en la piscina, hay una gran agitación de todas estas olas en todo el agua.

Pensar que es posible, tal vez, que en esas olas haya una pista de lo que está pasando en la piscina. Que algún tipo de insecto o algo con suficiente astucia podría sentarse en la esquina de la piscina y ser molestado por las olas, y por la naturaleza de las irregularidades y el golpeteo de las olas han descubierto quién saltó, dónde y cuándo.

Y eso es lo que hacemos cuando miramos algo. La luz que sale son ondas, como en la piscina excepto en tres dimensiones en lugar de las dos dimensiones de la piscina. Va en todas direcciones. Y tenemos un agujero negro de 3 mm en el que van estas cosas, que es particularmente sensible a las partes de las ondas que vienen en una dirección particular. No es particularmente sensible cuando entran en el ángulo equivocado, lo que decimos que es desde el rabillo del ojo. Y si queremos obtener más información con el rabillo del ojo, giramos esta bola para que el agujero se mueva de un lugar a otro.

Entonces, es bastante maravilloso que veamos. Eso es porque las ondas de luz son más fáciles que las ondas en el agua, que son un poco más complicadas. Habría sido más difícil para el bicho que para nosotros, pero es la misma idea, averiguar qué es lo que estamos mirando a la distancia.

Y es algo increíble, porque cuando te miro, alguien parado a mi izquierda puede ver a alguien que está parado a mi derecha, y que la luz puede atravesar estas ondas, las ondas que van de un lado a otro. . Es solo una red completa.

Ahora es fácil pensar en ellos como flechas que se cruzan, pero no es así, porque todo esto es algo que tiembla (se llama campo eléctrico), pero no tenemos que preocuparnos por lo que es. Es como la altura del agua que sube y baja. Entonces, algunas cantidades están temblando aquí, y la combinación del movimiento que es tan elaborado y complicado que resulta en lo que me hace verte. Y al mismo tiempo, completamente imperturbable por el hecho de que esas influencias representan al otro tipo viendo al otro de este lado.

Entonces, esto es un tremendo lío de ondas, por todo el espacio, que es la luz que rebota alrededor de la habitación y va de una cosa a otra, porque, por supuesto, la mayor parte de la habitación no tiene agujeros negros de 3 mm: es no está interesado en esa luz, pero la luz está ahí de todos modos: rebota en ella, rebota en eso, y todo esto está sucediendo, y sin embargo podemos resolverlo con este instrumento llamado ojo.

Pero además de todo eso, estas pequeñas olas de las que estaba hablando en el agua, tal vez son tan grandes algunas de ellas y luego puedes tener oscilaciones más lentas que son más largas y más cortas. Quizás nuestro animal que está haciendo este estudio solo usa ondas entre esta longitud y esa longitud. Entonces resulta que el ojo solo usa ondas entre esta longitud y esa longitud, excepto que esas dos longitudes son cientos de nanómetros.

¿Y qué pasa con los vaivenes más lentos, las olas que van más lentamente y que tienen la mayor distancia entre la cresta y el valle? Esos representan el calor. Esos los sentimos, pero nuestros ojos no los ven muy bien enfocados; no los vemos en absoluto. La onda más corta es azul, la onda más larga (como saben) es roja, pero cuando se hace más larga, lo llamamos infrarrojo. Todo esto está allí al mismo tiempo; ese es el calor Pit viper que bajan aquí en el desierto, tienen un agujerito muy pequeño para que puedan ver ondas más largas, y recogen ratones, que están irradiando su calor en las ondas más largas (pero su calor corporal) al mirarlos con este ojo, que es el hoyo de la víbora.

Pero no podemos, no somos capaces de hacer eso. Y estas ondas se hacen más y más largas, y (todas a través del mismo espacio, todas estas cosas suceden al mismo tiempo), de modo que en este espacio no solo está mi visión de ti, sino también información de Moscú. ¡Radio que se está transmitiendo en este momento, y el ver a alguien de Perú!

Todas las ondas de radio son del mismo tipo de ondas, solo que son ondas más largas. Y está el radar, del avión que mira al suelo para saber dónde está, que pasa por esta habitación al mismo tiempo.

Además de los rayos X, los rayos cósmicos y todas estas otras cosas, que son el mismo tipo de ondas, exactamente las mismas ondas, pero más cortas/más rápidas, o más largas/más lentas.

Es exactamente lo mismo, así que este gran campo, esta—esta área de movimientos irregulares de este campo eléctrico, esta vibración, contiene esta tremenda información, y todo está realmente ahí: eso es lo que te atrapa .

Si no lo cree, entonces toma un trozo de alambre y lo conecta a una caja y en el alambre los electrones serían empujados de un lado a otro por este campo eléctrico, moviéndose a la velocidad correcta durante cierto tipo de tiempo. ondas, y giras algunas perillas en la caja para obtener el swashing perfecto, ¡y escuchas Radio Moscú! Entonces sabes que estaba allí. ¿De qué otra manera llegó allí? Estaba allí todo el tiempo. Solo cuando enciendes la radio lo notas.

Pero todas estas cosas están pasando por la habitación al mismo tiempo que todo el mundo sabe, pero tienes que detenerte y pensar en ello para realmente disfrutar de la complejidad, la naturaleza inconcebible de la naturaleza.

Los fotones tienen un código (frecuencia) Todo lo que el ojo percibe es luz (fotones) y cada espectro de fotones tiene un código individual que cuando es percibido por el ojo crea una imagen dentro del cerebro que es la realidad (entorno)