Результаты последних исследований показывают, что так называемый видимый диапазон электромагнитного излучения можно расширить: оказывается, человек может в некоторых случаях видеть инфракрасный свет, несмотря на то, что он считается полностью невидимым для нашего глаза.

Серия экспериментов продемонстрировала, что

подобный эффект возникает в результате того, что два инфракрасных фотона одновременно попадают на один пигментный белок глаза. Из-за этого выделяется энергия, инициирующая химические изменения, которые позволяют нам увидеть первоначально невидимый свет.

Наука гласит, что

глаз человека способен разглядеть электромагнитные волны с длиной волны от 400 нанометров (синий свет) до 720 нанометров (красный свет). Тем не менее, известны случаи, когда люди видели специфический инфракрасный лазерный свет с длиной волны более 1000 нанометров и интерпретировали его как белый, зелёный или другие цвета.

Рис. 1. Невидимый инфракрасный свет оказался доступен для восприятия человеческим глазом.

Кшиштоф Палчевский (Krzysztof Palczewski), фармаколог университета Кейс Вестерн Резерв, утверждает, что он видит свет с длиной волны около 1050 при низком уровне энергии лазера.

«Бывает, что такое излучение можно увидеть невооружённым глазом», — утверждает Палчевский в пресс-релизе. Вместе со своими коллегами фармаколог выступил в роли ведущего автора нового исследования.

Чтобы проверить, является ли чувствительность к инфракрасному свету уникальной для некоторых людей или же она встречается довольно часто, Палчевский решил провести эксперимент. Он пригласил в свою лабораторию 30 здоровых добровольцев, которым провёл сканирование сетчатки пучком света низкого уровня энергии. Длина волны света периодически изменялась. Когда длина волны была доведена до уровня инфракрасного излучения, участники поначалу не видели света, но затем стали сообщать о том, что видят пучок.

Длина волны на тот момент составляла более 1000 нанометров.

Это феноменальное явление оказалось присуще людям в целом, и Палчевский задался вопросом: как человек может видеть свет, который в принципе считается незримым?

Существует две возможные гипотезы, которые способны объяснить этот феномен.

Рис. 2. В ходе эксперимента ученые светили ИК-светом на кристаллы родопсина.

Первая из них предполагает, что

• свет с большой длиной волны попадает на коллагеновые волокна соединительной ткани глаза, тогда небольшое количество энергии излучения превращается в фотоны с длиной волны около половины длины волны первичного света. Это явление называется генерацией второй гармоники (ГВГ). Сетчатка затем детектирует этот видимый свет и заставляет мозг думать, что он пришел прямо из источника.

Вторая гипотеза гласит, что «инфракрасное зрение» является результатом явления, известного как двухфотонная изомеризация.

Молекулы фоторецепторов в глазу поглощают энергию отдельных фотонов в обычном видимом диапазоне. Это побуждает молекулы изменить свою форму и вызвать цепь событий, которая позволяет нам видеть незримое излучение. Но если два фотона, несущие каждый по половине энергии — и, следовательно, вдвое меньшую длину волны — попадают в глаз одновременно, то их энергии суммируются и, возможно, вызывают такую же изомеризацию, как и единичный «видимый» фотон.

Для проверки первой гипотезы Палчевский и его команда удалили коллаген из сетчатки глаза мыши и измерили реакцию животных на свет различных длин волн. Но сетчатка мыши среагировала на 1000-нанометровый лазерый так же, как и сетчатка человека с присутствующим коллагеном. Эти результаты позволили предположить, что генерация второй оптической гармоники в данном случае роли не играет.

Рис. 3. Авторы исследования и экспериментов Франс Винберг и Владимир Кифалов.

Другое доказательство неверности первой гипотезы обнаружилось в ходе дополнителного опыта на мышах. Исследователи взяли кристаллы фоторецепторов белка родопсина у мышей и подвергли их воздействию инфракрасного излучения. Под светом с длиной волны в 1000 нанометров кристаллы изменили свой цвет с красного на жёлтый. Если бы ГВГ была причиной изменения цвета, то спектр света, излучаемый кристаллами родопсина, имел бы характерный отпечаток, но ничего подобного исследователи не увидели.

Учёные пока не имеют экспериментальных доказательств в пользу второй гипотезы, утверждающей, что инфракрасное зрение объясняется двухфотонной изомеризацией. Тем не менее, компьютерное моделирование показало, что именно такое объяснение является пока единственно верным.

Квантово-химические расчёты показали, что родопсин может поглотить два низкоэнергетических фотона.

При этом возбуждённое состояние двух фотонов в момент столкновения будет таким же, что и при попадании на белок глаза одного фотона видимого света. Те же расчёты также показали, что

двойная абсорбция должна достичь своего пика между 1000 и 1100 нанометрами, а это полностью согласуется с экспериментальными наблюдениями.

Результаты исследования группы Палчевского опубликованы в журнале PNAS.