自分がドラえもんのスモールライトを浴び,可視光の波長程度に小さくなったとします.

この時,可視光の波長以下の小さい物体の「形」はどのように見えるのでしょうか?ぼやけるのでしょうか?

また,「色」は正しく見えるのでしょうか?リンゴの色は赤のままなのでしょうか?
物理的に考えればリンゴが反射する色の波長はスケールが小さくなっても同じだと思うのですが,目の視細胞を考えるとどのような色に映るのかわかりません.つまり,人間のサイズが変わったら見える可視光の領域も変わるのでしょうか?

前提がSFのような話なのでばかばかしい質問かもしれませんが,どなたか詳しい方がいらっしゃいましたらお教えください.

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A 回答 (7件)

まず・・・可視光の波長以下の小さい物体の形は光学的に見ることはできません。

光学顕微鏡を使ってもその形を見ることは無理です。このことは体の大きさには関係しません。

それはなぜかというと、光は波長と同程度の物体に当たると、回折・散乱してしまうからです。

そのことを考えると、体が光の波長と同程度になると、光は体にあたったとたんに回折・散乱してしまいます。直感的に考えても、物体の形を見ることはできないでしょう。

それでは、明るさや色を感じることができるでしょうか。明るさや色を感じることができる状態というのは、網膜に綺麗に実像を作るかどうかには関係しません。視細胞に光が当たれば良いだけです。

眼の直径と体の大きさの比を考えると、目は光の波長の1/100以下の大きさになっているでしょう。それだけ小さいわけですから、光は眼の中には入れないということになるでしょう。

ただし、近接場光という光の波長より小さな光が発生すれば、近接場光が眼の中に入りこむことはできるかもしれません。しかし、視細胞の大きさはさらに小さいので光を認識できるとは思えません。

視細胞の機能として、可視光線を見る仕組みというのは変わらないでしょう。回折や散乱の影響にもよりますが、可視光線を認識できる条件であれば赤は赤ではないでしょうか。

しかしながら、体の大きさが可視光線の波長程度という質問の条件では色も感じることができないように思います。

というより、体が小さくなるということは、体を構成する原子の大きさが小さくなるわけです。原子の中の電子も小さくなります。そこに光が当たるとどうなるかということになるのですが、これは難しい・・・。

あと色が見えるというのは、本当は光の波長ではなく振動数です。光の振動が視細胞を刺激して色が見えるわけですね。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます.
大変参考になりました.

色が見えるのは光の波長ではなく振動数を見ていたんですね.
それであれば体が小さくなっても赤が赤に見えるのは自然なことと思えます.

一方,物の形は日常生活の場合と同じようには見えないのですね.
2つ問題があって,1つは光の回折・散乱によって適切な物の形の情報が目に届かないこと,もう1つはその情報が目の内部に入ってこれないこと,ですね.

最後に質問したいのですが,近接場光について回答者様は視細胞の大きさが小さいという理由から見えないとお答えしていますが,ここではスケールが問題となってくるのでしょうか?

お礼日時:2009/06/05 18:32

ちょっと、ざっと計算してみました。



身長が160 cmの人が 500 nmになったとすると、

( 500 × 10^-9) m / 1.6 m = 1/3200000

です。320万分の1になります。瞳孔の大きさを5 mmとすると、

(5 x 10^-3 m) / 3200000 = 0.0000000015625 m = 1.6 nm

可視光線の波長よりはるかに小さい1.6 nmに穴に可視光線は入りこむことはできないということになりそうです。光が眼にあたったときに、近接場光が眼の内部の方に漏れていくかなぁ・・・という感じです。

で、仮に入り込んだとしてですが。。。

視細胞の大きさはμメートルのオーダーと思います。10^-6 m / 3200000を計算すると、視細胞の大きさは1 nmの1万分の1以下となってしまいます。これは原子の大きさよりはるかに小さいです。光のエネルギーを受ける電子はもっともっとものすごく小さくなっていますね。これに光があたったら、原子や電子は激しくゆり動かされてしまい、ものを見るとかの次元ではなくなるような・・・。

(計算に間違いがあったら指摘してください)
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あ~, ちょっと考えたら「当然に可視光域が変わる」とは言えないですね....


#3 も言われていますが, ヒトが紫外線や赤外線を視覚で感知できないのは「大きさ」の問題ではなく, そのために必要な「オプシン」というタンパク質がないからです. ついでにいうと光を吸収するのは「レチナール」という物質で, オプシンによって吸収域が変化します.
いずれにしても, 小さくなったときに「どのような機構で視覚を得るのか」がわからないとなんとも, というところでしょうか.
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます.
物がちゃんと見えるかどうかは別として,可視光域は視細胞の大きさではなく備わっているオプシンの種類に依存していたのですね.

お礼日時:2009/06/05 18:08

本来の可視光は見ることは出来ません


波長が体より大きいので目に入ることが出来ません

でもガンマ線領域の電磁波が網膜に結像するでしょうね
どういう色に見えるかというと
視細胞に対する可視光の波長と同じことだと思います小さくなった視細胞にはガンマ線が可視光にとって代わるだけです
ニュートンいわく
光に色があるのではない
視細胞が光を色として認識しているだけだ
ということで視細胞の大きさに対する電磁波の波長によって色が決まるらしいです
だから今と代わらないはずです
ただし今まで可視光で見ることが出来なかった物体なのでどういう色に見えるかは分かりませんが色そのものは今までと代わらないはずです
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます.
可視光の領域が波長の短い側にシフトするのですね.

<<視細胞の大きさに対する電磁波の波長によって色が決まる
「大きさ」というのが長さ的なのか面積的なのか,それとも体積的なのかはわからないのですが計算してみました.
大雑把に赤色の波長を700nm,緑色の波長を550nmとしますと,体の大きさが550/700≒80%になると赤色が緑色に見えるという結果になりました.

他の回答者様のお礼の欄でも書いたのですが,視細胞が光の何を見ているのかがポイントになるようですね.
参考になりました.

お礼日時:2009/05/31 22:25

網膜に結像可能か、という意味では無理でしょう。


目の中の検出器のピッチの分解能を光学的に持たせることが出来ないと思います。
ですからどんなものを見ても可視光で見ている限りぼやけてしまうでしょう。

可視光の領域が変わるかということでは、検出器官の構成物質が変化しないで大きさのみが変化するということであれば、多分波長域は殆ど変わらないと思います。
人間の目が紫外線を検知できないのは、検出器官が物理的に紫外線と相互作用を起こしにくいことに由来していると思います。
この特性はスケールの問題ではなく検出している物質の物性に基くからです。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます.
rnakamra様は可視光の領域は殆ど変わらないというお考えですね.

前の回答者様は可視光の領域は変わるとお答えしていました.

これは,視細胞が物を見るとき,「相対的な」波長の長さに対して物が見えるのか,それとも波長のエネルギーに対して物が見えるかの違いですよね.

参考になりました.

お礼日時:2009/05/31 21:53

「可視光の波長」の方が視細胞より小さい気がするのはなぜだろうか.


ともかく, 「視細胞も同じ割合で小さくなる」なら「可視光」の範囲も変わるでしょうね.
光子の弾丸も怖いけど風がちょっと吹いたらどこかに飛んでいっちゃいますな. 自力で運動するのもほとんど不可能だと思う.
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます.
可視光の範囲が変わるということは,今まで見えていたものが見えなくなったり,
今まで見えていなかったものが見えるようになるということですよね.
色も違って見えるのでしょうか.

お礼日時:2009/05/31 21:35

 光子の弾丸を浴びたくなかったら、そんなに小さくならないことをお勧めします。

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この回答へのお礼

回答ありがとうございます.
ここまで小さいと光子も弾丸のようになってしまうのですね.

お礼日時:2009/05/31 21:20

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