一项测试人类视觉极限的实验提供了迄今为止最有力的证据，表明我们的眼睛可以感知到微弱到只有三个光子的闪光。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的物理学家丽贝卡·霍姆斯表示，这项研究涉及向坐在黑暗房间里的人的眼睛发射光子，最终可能会显示人们是否可以感知到单个光子。她在6月10日在俄亥俄州哥伦布举行的美国物理学会会议上展示了她团队的研究成果。霍姆斯还希望测试人眼是否可以记录量子效应，例如光子同时处于两个位置。
自 20 世纪 40 年代以来，研究人员一直在努力确定人类感知所需的最小光子数。视网膜中的视杆细胞——那些专门在黑暗条件下看到灰色阴影的细胞——已知对光极其敏感。从青蛙身上提取的单个视杆细胞的实验表明，视杆细胞会对单个光子做出反应。但是，由于视网膜会处理信息以减少来自误报的噪音，因此一个细胞的放电不一定会转化为发送到大脑的信号，更不用说让人意识到闪光了。而且，进入眼睛的光子中，超过 90%——甚至可能高达 97%——从未到达视杆细胞。它们被眼睛的其他部分（如角膜）吸收或反射，因此不会被检测到。
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霍姆斯说，实验已将人类视觉的极限设定在两个到七个光子之间。但这些结论是初步的，因为研究人员从不知道每次闪光包含多少光子：他们只能估计一个范围。
然而，霍姆斯利用了量子光学实验室中使用的技术，该技术可以精确计算激光闪光中光子的数量。这种方法以前从未用于测试人类视觉。
霍姆斯和她的合作者向坐在黑暗房间中并盯着十字线目标的志愿者的眼睛发射了包含不同数量光子的闪光。他们要求参与者说明闪光似乎来自左侧还是右侧——即使他们认为自己什么也没看到。“我自己做过很多次，”霍姆斯说，“如果你在黑暗中坐一个小时出来，你可能会说，‘我不确定我是否看到了什么’。”
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为了测试人们是否可以检测到少至三个光子，研究人员向眼睛发射了精确的 30 个光子的闪光，预计平均最多有 10% 的光子能够到达视网膜。志愿者猜测闪光位置的次数多于偶然预期的次数，这在统计学上令人信服地证明他们至少看到了某些三个光子的闪光，霍姆斯说。
日内瓦大学的量子光学研究员尼古拉斯·吉辛说，这些结果是迄今为止人类可以检测到三个光子的最佳证据，他已经看到了尚未经过同行评审的初步数据。霍姆斯补充说，她的团队尚未收集到足够的数据来说明人类是否可以看到单个光子。
为了测试通常仅在微观尺度上看到的量子效应，该团队还希望尝试一次向眼睛发送一个光子，而不是 30 个，这可能会大大降低检测的几率。为了提高这些几率，霍姆斯说，根据志愿者的脑电波来定时光子可能会有所帮助，已知脑电波与注意力增加的短暂窗口相关，大约每秒重复十次。霍姆斯说她正在练习使用脑电图 (EEG) 机器。
吉辛率先进行了实验，以观察人眼如何响应“量子怪异”效应。尽管诸如光子同时处于多个位置等效应是众所周知的，但他表示，让人类参与实验“使我们更接近量子现象”。
诺贝尔奖得主理论物理学家安东尼·莱格特也来自厄巴纳-香槟分校，他是霍姆斯工作的灵感来源，他说量子怪异现象应该在原子尺度和人体尺度之间的某个地方消失。“我们不知道它会在哪个阶段崩溃——或者如何崩溃。” 霍姆斯的这项研究可能会验证量子物理学的标准解释，他说，这些解释假设处于两种状态“叠加”的光子在接触到探测器时——无论是人工光子计数器还是视杆细胞——基本上会选择一种选项。
但意大利的里雅斯特大学的物理学家安吉洛·巴斯表示，原则上，光子的每个人物角色都可能击中一个视杆细胞，并且这种叠加态可能会持续到大脑。如果是这样，甚至可能存在“类似两种不同感知的叠加，即使只是瞬间”。
本文经许可转载，并于2015年6月11日首次发布。