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光と視覚
光も電磁波とすると眼球の網膜ではアンテナがラジオ波を受けた時に起きるものと同じ現象が眼球に光が入ったときにも起こっていると考えるべきなのでしょうか。生理学の問題のようですが物理学領域の方にうかがいたいと思いました。網膜の方は光子のようなイメージのほうが分かりやすいように思いますが、・・・
- kaitaradou
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- 物理学
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もう少しご質問者がどこに疑問があるのか考えて見ました。 もしかするともっと基本的な部分について疑問を感じているのかもしれません。 まず電波の場合は、電場の強さ、位相、周波数に情報を載せます。 これに対して光の場合は光の強さ、周波数、方向に情報を載せます。 電波と光で大きな違いは電波では位相、光では方向になります。 電波も方向による情報がないわけではありませんが、これが利用されるのはレーダーとか天文学などになります。 通常テレビやラジオでは方向の情報は使いません。これは周波数が低いと方向に対する分解能が低くなることも関係しています。 （レーダーは高周波を使いますし、天文学では対象物の大きさのスケールが違うので利用できる） で先の補足にあったレンズというのは光のやってきた方向を知る手段となります。 ある点からでた光はレンズを通して結像することで、その方向と近場ですと距離もわかります。（２眼による立体視差でも知ることが出来るし、単眼でもピンボケから知ることが出来ます） ちなみに光の位相が関係するのはレンズですね。凸レンズは中心部分の光の位相の進み具合が遅くなっているので、発散していく光を集めることが出来ます。 この説明で理解が進めばよいのですが。
その他の回答 (5)
>位相が合っていないとまとまった像にならないのではないかと思いました。 いえ関係ありません。 >これは無意味な疑問ですか？ そうですね。写真のカメラの構造を考えてください。 フィルムの面が網膜の面になります。 カメラのフィルムもやはり光強度（つまりエネルギー）に反応します。 >レンズがないと物が見えないということと関係がないでしょうか？ レンズがないと網膜で結像しませせん。 >物が見えるということは明るいか暗いかと違うものの様に思うわけです。 いえ明暗情報と色情報がすべてです。
お礼
もう少し勉強してみます。どうもありがとうございました。
>人間の眼（光）では位相成分が利用できないとすると、網膜上では光覚しか実現されず視覚のほうは無理なように 意味が理解できませんでした。 人間の目の一つ一つの光受容体が光の有無を検出します。もちろん波長（振動周波数）により反応感度が異なるものもあり、これは色の認識に使われます。 そして、網膜上に投影された像の明暗や色情報は、人間の目の裏側にある細胞によりデータ処理されて脳に送られます。 >象が認識されるためには走査のような仕組みで 走査する必要はありません。網膜上では沢山の光受容体が並んでいてそれから信号がまとめて並列に取り出されているのですから。
補足
位相が合っていないとまとまった像にならないのではないかと思いました。これは無意味な疑問ですか？レンズがないと物が見えないということと関係がないでしょうか？物が見えるということは明るいか暗いかと違うものの様に思うわけです。
電波領域のアンテナとは少し異なりますね。 電波のアンテナでは、振動電場と共鳴したアンテナの端子にその電場による電圧が発生し、それをそのまま信号として検波・復調しています。 一方光の場合、電場を感じて反応するのは原子・分子そのものです。原子・分子そのものがアンテナになっていると考えてもよいでしょう。 視覚を担っている光受容体の場合、原子・分子を構成している電子が振動電場により分極を起こし、それにより電子のエネルギー準位が上がる、つまりエネルギーとして受け取り吸収するわけです。 その結果それまでの結合が変化を起こし、他の結合に変るなどします。そのときに電子を放出することで、この電子が電気信号となります。 電波の場合は電場がそのまま信号となるのに対して、光の場合は振動エネルギー吸収する、つまりエネルギーに応じて信号が出るようになります。 両方の差が顕著にわかるのは、電波の場合は振動電場の位相も信号に含めることが出来るので、それも信号伝達に利用できますが（たとえばカラーテレビの色信号）、光の場合はエネルギーとしてしか受信できないので、位相成分の利用が出来ないということになります。 （利用するためには干渉を利用したヘテロダイン検波を行うなど特殊な構成になります。人間の目はその機能は持っていません）
お礼
専門の御立場からのご教示をありがとうございました。私には完全に理解するには難しいことかと思いますが勉強させていただきます。
補足
人間の眼（光）では位相成分が利用できないとすると、網膜上では光覚しか実現されず視覚のほうは無理なように思います。象が認識されるためには走査のような仕組みで視覚中枢のほうで個々のデータを積分（？）した画像解析という形で対象物（の像）が認識されるというようなことは考えられますか？
- eria77
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人間の神経は、刺激と言う電流で交換を行います。 眼球自体を指で刺激すれば「光のような物が見えます」 脳自体を圧迫すれば「光が見えます」 この事から、 まず電波では無い事が理解出来ます。 疑問を持つ事は大いに良い事だとは思います。 しかし、何故、 「疑問を持つだけで、自ら確信へ向かわないのでしょうか？」 優秀な頭脳の無駄使いのような、そんな感じがします。
補足
対象になるものから網膜に達した光は電磁波の形で網膜に到達するとするといわゆる光化学的反応が起きる過程でラジオ波を捉えた（？）アンテナのなかと似たようなことが起こっているのではないかと考えたわけです。ここに物理学と生物学の接点が見えないかと思っているのですが。
- shkwta
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網膜での光の受容は、光化学反応です。これは、分子が光子を吸収して励起され、化学反応をおこす現象です。反応するのは、網膜中の桿体細胞、錐体細胞に含まれる色素タンパク質です。参考URLのページに詳しく書いてあります。
お礼
どうもご教示有難うございます。網膜でアンテナと同じことが起こっているのではないかと思ったものですから。
お礼
ご丁寧ご親切にありがとうございました。私は恐らく同じ電磁波ならばどこか共通の部分があるのではないかと思っていたのですが周波数によって異なる部分が何であるかがまったく分からない状態だったのだろうと考えました。ご教示の位相と方向というのがどうも理解の核心のように思いました。少し光明が見えてきた感じですのでもう少し勉強させてください。どうもありがとうございました。