尽管我们没有像超人一样的X射线视觉，但我们拥有另一种可以被视为超能力的能力：我们可以看到红外光——超出传统上认为的可见光谱。一系列实验现在表明，这种鲜为人知、令人费解的效应可能发生在成对的红外光子同时击中眼睛中的同一种色素蛋白时，提供足够的能量来启动化学变化，使我们能够看到光。
普遍的认知，以及已知的视觉化学原理，都表明人类的眼睛可以看到波长在 400 纳米（蓝色）到 720 纳米（红色）之间的光。尽管这个范围仍然被正式称为“可见光谱”，但具有非常特定红外波长的激光器的出现带来了报告，称人们看到波长超过 1,000 纳米的激光以白色、绿色和其他颜色呈现。
克日什托夫·帕尔切夫斯基是俄亥俄州克利夫兰市凯斯西储大学的药理学家，他说他已经看到了来自低能量激光的 1,050 纳米的光。“你用自己的肉眼就能看到它，”他说。为了弄清楚这种能力是普遍现象还是罕见现象，帕尔切夫斯基用低能量光束扫描了 30 名健康志愿者的视网膜，并改变了光束的波长。随着波长增加到红外 (IR) 范围，参与者发现光线起初更难检测到，但在 1,000 纳米左右时，光线变得更容易看到。人类如何做到这一点让科学家们困惑多年。
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我的眼睛欺骗了我吗？
帕尔切夫斯基想测试两种主要的假设来解释红外视觉。第一种假设认为，当较长波长的光照射到眼睛中的胶原结缔组织时，其少量能量会转化为大约一半光波长的光子，这种现象称为二次谐波产生 (SHG)。然后，视网膜会检测到这种可见光，并欺骗大脑，让大脑认为它直接来自光源。
另一种假设是，红外视觉是称为双光子异构化现象的结果。眼睛中的感光分子吸收来自传统可见波长中单个光子的能量。这促使分子改变形状并触发一系列事件，使我们能够看到。但是，如果两个光子各自携带一半的能量——因此波长是两倍——同时击中眼睛，它们的能量可能会叠加，并可能触发与单个“可见”光子相同的异构化。
为了测试第一个假设，帕尔切夫斯基和他的团队从小鼠视网膜中去除了胶原蛋白，并测量了它们对不同波长光的反应。但是，小鼠视网膜对 1,000 纳米激光的反应与含有胶原蛋白的人类视网膜相同，这表明眼睛内的 SHG 不太可能是答案。
当研究人员取出感光蛋白视紫红质的晶体并用红外光照射它们时，出现了更多反对 SHG 模型的证据。在 1,000 纳米的光线下，晶体的颜色从红色变为黄色。如果 SHG 导致颜色变化，那么这些视紫红质晶体发出的光谱会带有明显的特征，但事实并非如此。
尽管研究人员还没有直接证据表明双光子反应驱动红外视觉，但该团队的计算机模拟表明情况确实如此。他们的量子化学计算表明，视紫红质可以吸收两个低能量光子，并跃迁到与吸收一个可见光光子时相同的激发态。同样的计算还预测，双重吸收应该在 1,000 到 1,100 纳米之间达到峰值，这正是该团队的实验所证实的。《美国国家科学院院刊》发表了这些结果。
实验成功
纽约州立大学视光学院的感知神经科学家卡西姆·扎伊迪曾与人合著过支持 SHG2 的理论著作，他说他很高兴这个问题已通过实验得到解决，但他并没有放弃 SHG 的贡献。“我想看到一个直接的实验，排除人类或灵长类动物眼睛中的 SHG，”他说。
俄亥俄州鲍ling格林州立大学的化学家马西莫·奥利武奇对帕尔切夫斯基及其团队从人体参与者的实验一直到量子力学计算的工作印象深刻。“这项研究为双光子吸收提供了强有力的证据，”他说。
下一步是研究利用这项工作的可能性。“一个有趣的可能性是尝试在实验室中创造出对强度更低的红外光做出反应的突变体，”奥利武奇说。
本文经许可转载，并于2014 年 12 月 1 日首次发表。