Dic 3

Vedere l’invisibile *

Dalla fisica della luce e dalla nostra biologia sappiamo molto bene che l’occhio umano riesce a percepire solo un certo intervallo di lunghezze d’onda. Essa vanno dal violetto fino al rosso, in pratica da 400 a 720 nanometri.

Anche se io non sono un oculista (a parte che, ultimamente, ho avuto molto a che fare con loro…) so vagamente che il processo che avviene, in parole molto semplici, consiste nella cattura di un fotone da parte della retina che crea immediatamente una molecola, chiamata fotopigmento. Essa è quella che  inizia la procedura per trasmettere l’informazione al cervello. Un fotopigmento per ogni fotone. Lunghezze d’onda più corte o più lunghe non riescono a “dare” il giusto segnale alla retina.

Tuttavia, è capitato che mentre si utilizzava un laser che emetteva nell’infrarosso, si sia percepita della luce verde. Studi ulteriori hanno confermato che ciò si verificava quando il laser emetteva impulsi estremamente ravvicinati, come se due fotoni arrivassero  praticamente assieme. La rapidità riusciva a "ingannare" la fantastica retina. In altre parole, un solo fotopigmento assorbiva due fotoni.

Due fotoni infrarossi invisibili che colpiscono la retina, in un intervallo di tempo rapidissimo, sommano, in qualche modo,  la loro energia. Due pacchetti, due quanti, con lunghezza d’onda di 1000 nanometri, che vengono considerati come un’unica informazione luminosa di energia maggiore, proprio intorno ai 500 nanometri!  Ma 500 nanometri è un qualcosa che la retina riconosce molto bene e il fotopigmento che si crea sa trasmettere al cervello l’informazione relativa.

Le prime applicazioni in campo medico sono già iniziate, ma non è difficile immaginarsi anche altri campi di ricerca.

Lavoro originale QUI

Fonte: Sara Dickherber
Fonte: Sara Dickherber

19 commenti

  1. Mario Fiori

    Interessantissimo, ma diventando qualcosa di diverso in realtà ,forse non si vede un fotone infrarosso come è veramente, bensì due fotoni che "fondendosi" danno vita a , diciamo, un fotone che si vede ad una lunghezza d'onda visibile. Anche se poi quello che si vede è comunque relativo al nostro occhio ed al nostro cervello che, diciamo, creano, in un certo senso la realta...ohi mi sto' perdendo nei meandri del mio cervello e non so' più cosa dico. Scusami enzo ma forse mi sono un po' assopito ed ho sognato un altro Universo, scusami veramente :oops:

  2. foscoul

    Davvero incredibile ma previsto dalla meccanica quantistica tanto per cambiare su una deduzione sull'incompletezza della meccanica stessa del solito Einstein insieme a Podolsky e Rosen e poi sviluppata e approfondita nel teorema di Bell (Enzo spero di aver capito bene e correggimi se ho fraiteso). :-?

  3. caro Foscoul,
    ma... forse è un po' tirata per i capelli... io direi soltanto che la retina non riesce a distinguere due fotoni che arrivano troppo vicini tra loro e li considera come uno solo. Per trasformarla in un effetto di MQ ci penserei un po' sopra. Anche perché capita solo per quelle lunghezze d'onda. Insomma, un qualcosa legato all'occhio stesso e non ai comportamenti dei fotoni. Però, come dici tu, dà da pensare...

  4. foscoul

    la retina non riesce a distinguere i fotoni dell'infrarosso per limiti strutturali ed evolutivi dell'apparato visivo stesso è interessante però notare come il processo di isomerizzazione provocato dai rapidissimi impulsi laser parliamo di picosecondi portino allo stimolo dei recettori visivi e quindi attraverso esso alla visione della fantomatica luce "verde" .
    Il processo di isomerizzazione nel suo "meccanismo" funziona in accordo con le previsioni di Einstein e con il teorema di Bel.
    Quindi Enzo il fatto che tu dici che capiti solo a quelle lunghezze d'onda dipende secondo me solo da un fattore biologico bisognerebbe approfondire sperimentando su altre frequenze e con strumenti appropriati per avere ulteriori prove per confermare o smentire o magari apportare le opportune ed eventuali rettifiche al teorema di bel. :roll:

  5. Paolo

    Da quel che ho capito, se l'intervallo di tempo tra due fotoni la cui energia è riconducibile alle frequenze luminose infrarosse, è brevissimo, i ricettori della retina leggono tale informazione come la somma energetica dei due fotoni ravvicinati.

    Ragionandoci sopra, ma ovviamente posso sbagliarmi, capita solo con gli infrarossi poiché la somma energetica di altre frequenze non visibili (il doppio rispetto ad un unico fotone), non ricade nelle lunghezze d'onda del visibile (per esempio: 1000nm/2 = 500nm, ma già 1500nm/2 porta a 750 nm, ossia al di là dello spettro visibile).

    Forse tale comportamento ha qualcosa a che fare con quello dell'abbagliamento, per cui se l'intensità luminosa a cui si espone la retina è molto elevata, alcuni ricettori vanno in saturazione e si crea l'effetto puntini luminosi colorati anche ad occhi chiusi dopo essere stati abbagliati.

    Paolo

  6. che sia dovuto all'occhio e non alla luce in sé è abbastanza ovvio. Ma questa parte la lascio ai... biologi! Come l'isomerizzazione risponda al teorema di Bell è per me un fatto non ben chiaro... dato che nel teorema si parla di particelle inviate verso ricevitori lontani. Puoi spiegarti meglio? Non vorrei, però, cadere nel paradosso di Einstein & co. che è piuttosto difficile da spiegare in modo semplice...

  7. caro Paolo,
    direi che il tuo ragionamento non fa una grinza... :-P

  8. Alvermag

    Se posso fare un paragone .... fantasioso, potrei dire che il nostro occhio nega l'effetto fotoelettrico.

    Secondo quest'ultimo - se non m'inganno - per provocare l'emissione di elettroni è necessario l'impatto con fotoni dotati di una certa energia minima. L'impatto di pochi fotoni di quell'energia provoca l'emissione mentre l'impatto di molti fotoni di energia inferiore non provoca alcun effetto.

    Nel caso dell'occhio invece la reazione si verificherebbe (eccitazione della retina) sommando l'energia di fotoni di frequenza inferiore al valore di soglia.

    A questo punto, caro Enzo, mi potresti chiedere: e allora? Cosa centra l'effetto fotoelettrico con l'occhio? Probabilmente un bel nulla, però anche l'occhio, dopo aver ricevuto il fotone, attiva il cervello inviando un impulso elettrico o mi sbaglio?

    .... è solo una mia fantasia, abbiate pazienza .....

  9. Mmmm Alvy,
    ma l'occhio riceve due pacchetti d'energia di bassa energia che considera come uno solo a più alta energia e quindi verificherebbe l'effetto fotoelettrico. :roll:

  10. Alvermag

    Beh vista così, direi di si.
    Il trucco sta nel fatto che, pur essendo due pacchetti distinti che giungono in due istanti diversi (ancorchè vicinissimi) l'occhio li "somma" trasformandoli in un solo pacchetto più energetico.
    Nel caso dell'effetto fotoelettrico però una tale evenienza non produrrebbe alcuna emissione.

    Possiamo forse dire che l'occhio, anzichè reagire "istantaneamente" come fanno i materiali inerti, è caratterizzato da un ritardo nella reazione e che, all'interno di quell'intervallo temporale, tende a "sommare" tutte le informazioni in arrivo fondendole in una sola.
    Certo che deve essere una bella faticaccia elaborare tutte le informazioni in arrivo per trasformarle in ciò che vediamo; e qui torna il sempiterno tema della realtà osservata e della realtà ... reale, ma, ad evitare contumelie ed improperi di vario ordine e grado, lasciamo stare ed auguriamo buona serata.

  11. foscoul

    Riflettendoci un po' il paragone in questo particolare caso con il paradosso di Einstein è un po' come tu dici Enzo tirato per i capelli.
    La spiegazione degli oftalmologi è concorde, anzi può essere interpretata come un ulteriore prova di un aspetto della MQ che come nell'effetto Compton "vede" i fotoni come particelle che, seppur prive di massa, sono dotate di una certa quantità di moto.
    Quindi come nell'esperimento di Compton così anche nell'esperimento del laser i fotoni incidenti, urtando anelasticamente contro gli elettroni presenti negli atomi del bersaglio, cedono loro parte della propria energia.
    Ecco forse ho trovato la connessione tra effetto e causa :-P la parte della scienza che più mi stimola e se ci arrivo (forse) col ragionamento, approfondendo gli aspetti vari fin qui conosciuti della MQ prima capendoli poi cercando eventuali similitudini, questo mi soddisfa parecchio e cancella in un attimo lo sbattimento mentale che mi è costato il cercare di capire :cry:
    Resto a disposizione per qualsiasi correzione o eventuale altra interpretazione più corretta da parte di Enzo o da parte vostra ragazzi.
    Questo è proprio un blog meraviglioso :wink:

  12. foscoul

    Si veda anche l'effetto Raman.....

  13. e il nostro grandissimo Richard permette di disegnare facilmente tutti gli effetti di scattering... ah...la QED che cosa fantastica! :mrgreen:

  14. foscoul

    Concordo pienamente!!! E la storia non finisce mica qui.
    To be continued: :mrgreen:

  15. Paolo

    Al solo fine di approfondire ulteriormente l'argomento, vorrei provare ad utilizzare una parziale similitudine, per proporre due ragionamenti (tutti da verificare).

    Il primo propone una “similitudine” con il funzionamento di un sensore digitale.

    Il principio su cui si basa è quello fotoelettrico.
    Il fotone colpisce una parte del sensore (pixel) e si genera una carica elettrica (o se preferite si libera un elettrone).

    In un certo intervallo di tempo (il tempo di posa in questo caso), le cariche elettriche si accumulano, originando una differenza di potenziale.

    Tale microvoltaggio che contraddistingue ogni pixel, viene amplificato e letto, per costruire un'immagine sullo schermo o altrove (stampa, ecc).

    L'intensità luminosa di ogni punto sullo schermo (costruzione dell'immagine) corrisponde proprio alla tensione misurata dal pixel corrispondente, per cui più fotoni hanno colpito un pixel, più cariche elettriche sono state prodotte, più si assegna una luminosità elevata al corrispondente punto sullo schermo, e viceversa..... ed ecco comparire l'immagine.

    In sintesi, se per esempio un certo pixel ha catturato solo 1 fotone, la carica elettrica generata si confonde con il rumore di fondo, in pratica è come se non venisse letta, se i fotoni sono due, allora il segnale viene letto.

    Secondo ragionamento.
    Leggendo l'articolo originale ho notato una cosa che presumo sia importante (fortuna vuole che una strana combinazioni di probabilità hanno “determinato” che alcuni anni fa ho aiutato una mia amica a preparare un esame sul funzionamento biochimico del cervello, e solo grazie a ciò penso di aver almeno intuito ciò che descrive l'articolo).

    Prego tutti, però, di prender con le pinze queste brevi similitudini e chiedo scusa per eventuali incongruenze o opinabili semplificazioni (non sono certo un biochicmico, o un esperto :oops: ).

    In sintesi, una cellula nervosa è un po' come un interruttore particolare, un diodo.

    Un diodo, possiede una barriera di potenziale, che a secondo di come viene polarizzata permette ad un segnale di passare oppure di bloccarlo.

    Anche le cellule nervose hanno la loro barriera di potenziale, e questa può essere polarizzata in modo diverso in funzione di ricettori neurochimici (particolari proteine).

    L'azione di queste molecole, consente di aprire, chiudere l'interruttore (come delle chiavi che aprono o chiudono solo certe serrature), ma anche di generare ed amplificare un segnale elettrico.

    L'articolo, se non ho capito male, si concentra proprio sulla reazione di una molecola fotosensibile, la rodopsina (presente nei bastoncelli, ossia quelle cellule nervose deputate alla visione in bianco e nero, quando l'intensità luminosa è bassa), associata ai cromofori (molecole che consentono di associare al fotone un colore corrispondente alla sua lunghezza d'onda).

    La rodospina, quando viene colpita da un fotone (entro un certo intervallo di frequenze luminose) muta la sua conformazione e tale cambiamento produce una serie di reazioni a catena (modifica la polarizzazione della barriere di potenziale di alcune cellule nervose che consentono di generare, amplificare e trasmettere un segnale al cervello... della serie è arrivato un fotone).

    Dato che l'articolo originale afferma che l'attivazione energetica della rodopsina a due fotoni è coerente con il modello previsto dalla meccanica quantistica, tutto ciò non può che farmi pensare alle famose ampiezze di probabilità descritte dalla QED (sarebbe interessante vedere il corrispondente diagramma di Feyman) ed il particolare allo scattering.

    Ringrazio Foscoul, per aver citato l'effetto Raman (che non conosco), che per quel poco che ho capito da una veloce lettura di wikipedia (sullo scattering Raman), sembrerebbe proprio descrivere l'attivazione di una particolare molecola colpita da due fotoni.

    Penso anche che l'intervallo di tempo molto compresso che separa l'arrivo di un fotone di scarsa energia con un suo simile, incida notevolmente sull'attivazione o meno della molecola, in pratica per intervalli di tempo più lunghi l'informazione non si somma.

    In ultimo, un piccolo problema.

    L'attivazione della rodopsina, raggiunge la massima ampiezza di probabilità quando il fotone incidente ha una lunghezza d'onda corrispondente al colore verde (intorno a 500 nm).

    Se i due fotoni ravvicinati hanno una lunghezza d'onda di 840 nm, noi percepiamo una luce blu (420 nm) ?

    Oppure, dato che al di là dei cromofori, è la rodospina che ha maggiori o minori probabilità di attivarsi, ciò accade con maggior probabilità solo in corrispondenza del verde?

    E ancora, tale comportamento potrebbe prodursi anche se nel medesimo intervallo di tempo invece di due arrivano tre fotoni di lunghezze d'onda ancora maggiori (energia minore..... 1260/3 = 420nm) ?

    Paolo

  16. Cari amici,
    ringrazio Foscoul e Paolo per come hanno analizzato e discusso su un fenomeno che sicuramente avvicina l'uomo alla MQ. Le loro interpretazioni, anche se potrebbero essere in parte fantasiose e/o tutte da verificare, hanno sicuramente aiutato a entrare nel nocciolo del problema, rimanendo sempre legate a basi solide di fisica. Questo è quello che il blog dovrebbe sempre stimolare: la voglia di conoscere, di ragionare, di fare confronti, basandosi, però, su concetti sensati o -quantomeno- riconducibili a effetti reali.

    In tal modo, impariamo tutti e ci sentiamo anche molto più liberi (in tanti sensi)! E non mi pento di aver parlato di QED, di effetto Compton , di scattering e di altre cose che potrebbero sembrare dominio di pochi specialisti.

    Voi avete dimostrato che non è vero e che basta dare "libertà" ai nostri neuroni che poi sono amici intimi delle particelle così bizzarre del mondo di Alice.

    Grazie amici!!!! :-P

  17. foscoul

    Ciao Paolo!
    Il paragone che tu riporti cioè quello della costruzione elettronica dell'immagine con il funzionamento dell'apparato visivo lo trovo in un certo senso abbastanza azzeccato certo madre natura resta ancora inavvicinabile. :wink:
    Per rispondere ai dubbi da te giustamente sollevati teniamo in considerazione come premessa che i recettori della retina sono cellule del tutto particolari che, a differenza della maggior parte dei neuroni, trasmettono il segnale come uno stimolo elettrotonico iperpolarizzante invece che depolarizzante. Dunque, se si ha iperpolarizzazione, si ha segnale.
    Dunque per quanto riguarda la reazione dei recettori al laser vedi bisognerebbe conoscere le prerogative la tipologia del laser la frequenza degli impulsi ecc. ecc. (vedi le ricerche sui laser di Richard Raman).
    Una volta appurato ciò potremmo capire meglio come il determinato fascio iperpolarizzi i recettori in maniera tale da far percepire una luce verde.
    L'energia provocata dal bombardamento ravvicinato dei fotoni resta per ora la spiegazione piu plausibile a quanto pare.
    Se vogliamo poi speculare possiamo anche ipotizzare cercando di capire meglio dove questa energia agisce in che punto della catena della visione?
    Eccitando i recettori solo ed esclusivamente ad un certo stadio della catena (recettore trasmissione impulsi) non permettendo una visione chiara o delle varie scale cromatiche infatti non mi sembra si parli di immagini definite.
    Bisogna non lasciare nulla di intentato per ora poi arriveranno i risultati delle sperimentazioni a darci maggiori chiarimenti almeno spero.
    @ Enzo
    Grazie Vincenzo per i complimenti che ci fai ma falli a te stesso visto che tu hai acceso in noi la scintilla del voler capire con coscienza e dedizione tu ci hai indicato la strada e adesso chi ci ferma più!!!
    Adesso penserai..."ho creato dei mostri" :mrgreen:
    Enzo ma per la cena hai pensato alla ragazza che esce dalla torta... :mrgreen:
    :mrgreen:

  18. eh no!!! alla ragazza dovete pensarci voi!!!!!!!!!!!!!! io sono troppo vecchio e poi mia moglie non mi molla un attimo :mrgreen:

  19. carlo2002

    Alla fine inventeranno gli occhiali della Same Govj :D :D :D

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