一項測試人類視覺極限的實驗提供了迄今為止最有力的證據，表明我們的眼睛可以感知到微弱到只有三個光子的閃光。
伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的物理學家麗貝卡·霍姆斯表示，這項研究涉及向坐在黑暗房間裡的人的眼睛發射光子，最終可能會顯示人們是否可以感知到單個光子。她在6月10日在俄亥俄州哥倫布舉行的美國物理學會會議上展示了她團隊的研究成果。霍姆斯還希望測試人眼是否可以記錄量子效應，例如光子同時處於兩個位置。
自 20 世紀 40 年代以來，研究人員一直在努力確定人類感知所需的最小光子數。視網膜中的視杆細胞——那些專門在黑暗條件下看到灰色陰影的細胞——已知對光極其敏感。從青蛙身上提取的單個視杆細胞的實驗表明，視杆細胞會對單個光子做出反應。但是，由於視網膜會處理資訊以減少來自誤報的噪音，因此一個細胞的放電不一定會轉化為傳送到大腦的訊號，更不用說讓人意識到閃光了。而且，進入眼睛的光子中，超過 90%——甚至可能高達 97%——從未到達視杆細胞。它們被眼睛的其他部分（如角膜）吸收或反射，因此不會被檢測到。
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霍姆斯說，實驗已將人類視覺的極限設定在兩個到七個光子之間。但這些結論是初步的，因為研究人員從不知道每次閃光包含多少光子：他們只能估計一個範圍。
然而，霍姆斯利用了量子光學實驗室中使用的技術，該技術可以精確計算雷射閃光中光子的數量。這種方法以前從未用於測試人類視覺。
霍姆斯和她的合作者向坐在黑暗房間中並盯著十字線目標的志願者的眼睛發射了包含不同數量光子的閃光。他們要求參與者說明閃光似乎來自左側還是右側——即使他們認為自己什麼也沒看到。“我自己做過很多次，”霍姆斯說，“如果你在黑暗中坐一個小時出來，你可能會說，‘我不確定我是否看到了什麼’。”
面對面
為了測試人們是否可以檢測到少至三個光子，研究人員向眼睛發射了精確的 30 個光子的閃光，預計平均最多有 10% 的光子能夠到達視網膜。志願者猜測閃光位置的次數多於偶然預期的次數，這在統計學上令人信服地證明他們至少看到了某些三個光子的閃光，霍姆斯說。
日內瓦大學的量子光學研究員尼古拉斯·吉辛說，這些結果是迄今為止人類可以檢測到三個光子的最佳證據，他已經看到了尚未經過同行評審的初步資料。霍姆斯補充說，她的團隊尚未收集到足夠的資料來說明人類是否可以看到單個光子。
為了測試通常僅在微觀尺度上看到的量子效應，該團隊還希望嘗試一次向眼睛傳送一個光子，而不是 30 個，這可能會大大降低檢測的機率。為了提高這些機率，霍姆斯說，根據志願者的腦電波來定時光子可能會有所幫助，已知腦電波與注意力增加的短暫視窗相關，大約每秒重複十次。霍姆斯說她正在練習使用腦電圖 (EEG) 機器。
吉辛率先進行了實驗，以觀察人眼如何響應“量子怪異”效應。儘管諸如光子同時處於多個位置等效應是眾所周知的，但他表示，讓人類參與實驗“使我們更接近量子現象”。
諾貝爾獎得主理論物理學家安東尼·萊格特也來自厄巴納-香檳分校，他是霍姆斯工作的靈感來源，他說量子怪異現象應該在原子尺度和人體尺度之間的某個地方消失。“我們不知道它會在哪個階段崩潰——或者如何崩潰。” 霍姆斯的這項研究可能會驗證量子物理學的標準解釋，他說，這些解釋假設處於兩種狀態“疊加”的光子在接觸到探測器時——無論是人工光子計數器還是視杆細胞——基本上會選擇一種選項。
但義大利的裡雅斯特大學的物理學家安吉洛·巴斯表示，原則上，光子的每個人物角色都可能擊中一個視杆細胞，並且這種疊加態可能會持續到大腦。如果是這樣，甚至可能存在“類似兩種不同感知的疊加，即使只是瞬間”。
本文經許可轉載，並於2015年6月11日首次釋出。