可见光谱 如何让人眼看见不可见光

自1671 年，牛顿在他的光学试验说明中使用了“光谱”这个词以来，科学的发展让人们越来越意识到，人眼可见光的范围极其有限，仅局限于波长范围390到700纳米之间，属于电磁波的一个区间。而在这个庞大家族中，还有很多是肉眼不可见光，比如红外光和紫外光。

然而，近日一项研究发现，通过特殊的刺激，可以让人眼在短时间内看到超出正常可见范围的激光。这一瞬间的改变，能给人们带来什么呢？

强刺激让人看到红外光

12月初，美国华盛顿大学圣路易斯医学院合作带领的一支国际科学家小组，利用老鼠和人类的视网膜细胞，以及能够释放红外光脉冲的强大激光，发现当激光高速发送脉冲时，视网膜里的感光细胞有时候能够接收到红外能量的击打。当这一情况发生时，人眼能够检测位于可见光范围以外的光。

这项研究始于研究小组里的某些科学家报告称在利用红外激光工作时偶尔会看到绿色闪光。研究人员根据报告重复进行了据称看到红外光的实验，并分析了不同激光释放出的光，最终发现，脉冲越短的激光越容易被人眼捕捉。

一般来说，光子被视网膜吸收后，后者会创造一个名为感光色素的分子，并开始将光转化为视觉的过程。实现这一过程依靠的是视网膜中的视锥细胞。“视网膜中包含两种细胞，一种是视锥细胞，一种为视杆细胞。前者负责色彩，后者主管明暗。”北京军区总医院眼科主任医师李耀宇在接受《中国科学报》记者采访时说。

在标准视觉里，大量感光色素里的每一个色素会吸收一个光子。而脉冲频率较高的激光的短脉冲里堆积的大量光子使得单一色素一次吸收两个光子变为可能，而两个光子结合的能量足以激活色素从而使得研究人员能够看到正常情况下不可见的光。

“这项研究结果还是有可能实现的。”李耀宇表示。因为在视锥细胞中，又分为三类细胞，分别对长、中、短波长的光敏感，即红、绿、蓝三原色。当视锥细胞中的三类细胞同等地受到刺激时，来自各方面的神经冲动在视皮质的综合下即形成白色感觉，其中任一种单独受刺激时，人们便能看到相应的色觉，而当三种物质受到不同比例的合并刺激时，通过三原色叠加比例不同，人们就能看到不同的色彩了。

此时，如果对红色敏感的视锥细胞，捕捉到不可见光的刺激，达到可见光的范围，那么本来无法看到的红外光也可以暂时看到了。研究人员解释道：“如果一对1000纳米长的光子快速连续击中视网膜里的一个色素分子，那么这些光子传递的能量与一个500纳米波长光子一次撞击所产生的能量相同，而这恰好位于可见光谱范围以内，这就是为什么人们可以看见不可见光。”

或可为眼科检查所用

这项被发表在《美国国家科学院院刊》上的文章称，研究人员已经在研究如何将两分子方法应用于新型检眼镜，它将帮助医师检查病人眼睛内部情况。医生可以通过向病人眼睛照射红外脉冲激光，刺激视网膜部分以了解健康眼睛和患有视网膜疾病，例如黄斑变性的病患眼睛的结构和功能。

对于激光用于眼科检查，李耀宇表示赞同：“在进行眼底检查时，一般使用黄光。但是眼底的某些病变，可能在红色或者绿色激光中更明显，而如果只通过黄光一种手段进行检查，该病变则可能被忽略了。按照这一原理，如果使用红外光进行检查，也可能会查出其他病变。”

“比如在某种眼科疾病状况下，某类细胞异常活跃，如果通过特定的光，让这种细胞变得容易辨识，那么医生就能认为某种疾病就对此类光线敏感。”李耀宇说，“再比如，青光眼确诊时需要进行视野检查，这一检查过程往往使用蓝光进行。”

无法在某一范围内看到蓝光的人，便说明其视野窄，相对应的便是视网膜中的对于蓝光敏感的细胞减弱，而不是总的视锥细胞功能减弱。以此类推，有些疾病可能就会对红光比较不敏感，那么确诊的就将是另外的疾病了。”

不可见光的世界

人类对于不可见光的研究始于1800年。天文学家威廉·赫歇尔借由温度计温度的上升，发现有一种看不到的辐射，其频率低于红色光，进而发现了红外光的存在。一年后，德国的一位物理学家发现了紫外线。之后，科学家们绞尽脑汁期望捕捉更多人眼不可见的光波。

如今，人们已经可以通过仪器观察到超出可见光谱的存在。“利用红外图像，军事上可以根据导弹的尾焰进行热追踪。”北京理工大学光电信息技术与颜色科学研究所副研究员翁冬冬告诉《中国科学报》记者，“而且，红外光的仪器针对某些特殊目标识别更有效，其在可见光里不明显，但在红外光下，就像是白雪皑皑的环境中有人穿了红衣服一样容易被找到。同样，在温度低的地方，红外光仪器也能很容易就捕捉到热源，而且特殊金属对于红外光的反射也不一样。”

当然，科学家们也并不满足于仪器辅助。去年，曾有科研团队发表论文，阐述了一种与上述科学家们利用激光刺激眼睛以看到红外光异曲同工的方法。有个名为“Science for the Masses”的团队开展了利用改变营养吸收的方式提升人类的视力界限，达到近红外线的水平。

这个团队在实验对象的饮食中限制维他命A1 摄取量，同时增加维他命A2的吸收，结果实验对象的眼睛开始对850nm和950nm的LED灯闪烁产生反应，也就是说他们的眼睛开始对近红外线有感觉。

在那个肉眼不可见的世界，“未必人们会觉得美好。但是有些生物可能本身发出的是红外光，如果眼睛可以捕捉到红外光，那么世界可能会大不一样。”李耀宇说。（来源：中国科学报）