儘管我們沒有像超人一樣的X射線視覺，但我們擁有另一種可以被視為超能力的能力：我們可以看到紅外光——超出傳統上認為的可見光譜。一系列實驗現在表明，這種鮮為人知、令人費解的效應可能發生在成對的紅外光子同時擊中眼睛中的同一種色素蛋白時，提供足夠的能量來啟動化學變化，使我們能夠看到光。
普遍的認知，以及已知的視覺化學原理，都表明人類的眼睛可以看到波長在 400 奈米（藍色）到 720 奈米（紅色）之間的光。儘管這個範圍仍然被正式稱為“可見光譜”，但具有非常特定紅外波長的雷射器的出現帶來了報告，稱人們看到波長超過 1,000 奈米的雷射以白色、綠色和其他顏色呈現。
剋日什托夫·帕爾切夫斯基是俄亥俄州克利夫蘭市凱斯西儲大學的藥理學家，他說他已經看到了來自低能量雷射的 1,050 奈米的光。“你用自己的肉眼就能看到它，”他說。為了弄清楚這種能力是普遍現象還是罕見現象，帕爾切夫斯基用低能量光束掃描了 30 名健康志願者的視網膜，並改變了光束的波長。隨著波長增加到紅外 (IR) 範圍，參與者發現光線起初更難檢測到，但在 1,000 奈米左右時，光線變得更容易看到。人類如何做到這一點讓科學家們困惑多年。
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我的眼睛欺騙了我嗎？
帕爾切夫斯基想測試兩種主要的假設來解釋紅外視覺。第一種假設認為，當較長波長的光照射到眼睛中的膠原結締組織時，其少量能量會轉化為大約一半光波長的光子，這種現象稱為二次諧波產生 (SHG)。然後，視網膜會檢測到這種可見光，並欺騙大腦，讓大腦認為它直接來自光源。
另一種假設是，紅外視覺是稱為雙光子異構化現象的結果。眼睛中的感光分子吸收來自傳統可見波長中單個光子的能量。這促使分子改變形狀並觸發一系列事件，使我們能夠看到。但是，如果兩個光子各自攜帶一半的能量——因此波長是兩倍——同時擊中眼睛，它們的能量可能會疊加，並可能觸發與單個“可見”光子相同的異構化。
為了測試第一個假設，帕爾切夫斯基和他的團隊從小鼠視網膜中去除了膠原蛋白，並測量了它們對不同波長光的反應。但是，小鼠視網膜對 1,000 奈米雷射的反應與含有膠原蛋白的人類視網膜相同，這表明眼睛內的 SHG 不太可能是答案。
當研究人員取出感光蛋白視紫紅質的晶體並用紅外光照射它們時，出現了更多反對 SHG 模型的證據。在 1,000 奈米的光線下，晶體的顏色從紅色變為黃色。如果 SHG 導致顏色變化，那麼這些視紫紅質晶體發出的光譜會帶有明顯的特徵，但事實並非如此。
儘管研究人員還沒有直接證據表明雙光子反應驅動紅外視覺，但該團隊的計算機模擬表明情況確實如此。他們的量子化學計算表明，視紫紅質可以吸收兩個低能量光子，並躍遷到與吸收一個可見光光子時相同的激發態。同樣的計算還預測，雙重吸收應該在 1,000 到 1,100 奈米之間達到峰值，這正是該團隊的實驗所證實的。《美國國家科學院院刊》發表了這些結果。
實驗成功
紐約州立大學視光學院的感知神經科學家卡西姆·扎伊迪曾與人合著過支援 SHG2 的理論著作，他說他很高興這個問題已透過實驗得到解決，但他並沒有放棄 SHG 的貢獻。“我想看到一個直接的實驗，排除人類或靈長類動物眼睛中的 SHG，”他說。
俄亥俄州鮑ling格林州立大學的化學家馬西莫·奧利武奇對帕爾切夫斯基及其團隊從人體參與者的實驗一直到量子力學計算的工作印象深刻。“這項研究為雙光子吸收提供了強有力的證據，”他說。
下一步是研究利用這項工作的可能性。“一個有趣的可能性是嘗試在實驗室中創造出對強度更低的紅外光做出反應的突變體，”奧利武奇說。
本文經許可轉載，並於2014 年 12 月 1 日首次發表。