Meistens sehen Sie Dinge, weil sie Licht reflektieren. Sie absorbieren etwas davon, was ihnen ihre Farbe verleiht, aber Sie werden sie auch sehen, wenn Sie Infrarot- oder Ultraviolettlicht auf sie richten. Also: Unabhängig davon, welches Licht Sie auf sie richten, wird ein großer Teil dieses Lichts reflektiert und Sie können dieses Licht erkennen, um Materie zu "sehen".

Ihre Argumentation scheint daher rückständig zu sein. Die plausibelste Idee ist, dass das meiste Licht auf der Erde eine bestimmte Wellenlänge hat und daher die Augen der meisten Tiere an diese Wellenlänge angepasst sind.

Schauen Sie sich genauer das Sonnenspektrum an: Wie Sie sehen können (gelber Teil), ist die Strahlung in am intensivsten der Bereich des sichtbaren Lichts. Dies liegt an der Tatsache, dass die Sonne ein nahezu idealer schwarzer Körper der Oberflächentemperatur ist. Das Licht, das die Oberfläche erreicht, ist nicht das gesamte Sonnenlicht, da einige Wellenlängen von der Atmosphäre blockiert werden (rote Reste), was darauf zurückzuführen ist, dass Elemente bestimmte Strahlungswerte absorbieren.

Jetzt ist die Lichterkennung schwieriger, wenn weniger Licht vorhanden ist (Sie können im Dunkeln nicht gut sehen). Daher ist es einfacher, intensives Licht zu erkennen. Daher ist es eine gute Idee, Ihre Augen anzupassen in den Bereich, in dem das Licht am intensivsten ist.

Es gibt jedoch noch einige andere erwähnenswerte Aspekte:

1. Beachten Sie auch, dass "Licht" mit höherer Energie andere Schwierigkeiten verursachen kann. Ein Großteil der organischen Substanz wird für Gammastrahlung transparent (einige sogar für Röntgenstrahlen - deshalb funktioniert die Tomographie), was auch bedeutet, dass es viel schwieriger ist, Röntgenstrahlen mit organischem Material zu erfassen, so dass es noch schwieriger wäre, eine organische Strahlung aufzubauen Auge, um "zu sehen" und niedrige Intensitäten der Gammastrahlung zu nutzen. Trotzdem: Mit einem guten Detektor und genügend intensiven Röntgenstrahlen konnte ich wahrscheinlich auch ein gutes Bild meiner Umgebung sehen.

2. Dasselbe gilt in die andere Richtung: Radiowellen haben sehr lange Wellenlängen. Ein einfaches Auge ist nicht groß genug, um sie zu sehen.

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Das Ergebnis all dessen ist:

• Um das gesamte Spektrum zu sehen, ist eine viel größere Auswahl an Detektoren erforderlich. Eine Art von "Auge" reicht einfach nicht aus.

• Licht auf der Erde kommt in einem schmalen Band des elektromagnetischen Spektrums am häufigsten vor.

Dies erklärt nicht, warum wir nur sehen Sie ein bestimmtes Band des elektromagnetischen Spektrums, es sei denn, Sie möchten biologische Ökonomie.

BEARBEITEN: Warum sehen einige Tiere UV und keines IR-Licht? Anders als ich zuvor behauptet habe, scheint dies eher ein biologisches Problem zu sein: Sie würden wahrscheinlich ein ganz anderes "Auge" brauchen, ähnlich dem, was ich angedeutet habe, als wir sagten, wir brauchen eine größere Vielfalt von Detektoren: Die einzigen Tiere mit wirklich Bestätigte IR-Sicht sind Schlangen, die ihre Augen nicht benutzen, um IR-Licht zu "sehen". Auf der anderen Seite verwenden alle Tiere mit bestätigten UV-Sinnen ihre Augen, sie haben nur ein geringfügig anderes Sichtfenster, das auf das Ultraviolett oder einfach eine andere Art von Rezeptoren verschoben ist (einige Vögel haben anscheinend bis zu fünf verschiedene Farbrezeptoren , das auch ein größeres Wellenlängenband verbreitete).

Ich habe keinen vollständigeren Überblick über die Biologie gegeben - dies ist schließlich eine Frage zur Physik. Siehe auch die Antwort von Thomas für ein vollständigeres Argument einiger biologischer Argumente, die zeigen, dass es wahrscheinlich nicht vorteilhaft ist, mehrere Augen zu haben.

BEARBEITEN 2: Es wurden einige Fragen zur Klärung hinzugefügt Lassen Sie mich versuchen, folgende Fragen zu beantworten:

Entsprechen die meisten Übergänge des Energieniveaus in Bezug auf alltägliche Objekte ziemlich genau den Wellenlängen des sichtbaren Lichts?

Antwort: Nein, tun sie nicht. Werfen wir einen Blick auf das Emissionsspektrum von Wasserstoff, dem am häufigsten vorkommenden Element im Universum und auch auf der Erde sehr präsent (wenn auch normalerweise gebunden): Wasserstoffspektrum und insbesondere dieses Wikipedia-Bild. Wir können viele Linien sehen, von denen nur wenige sichtbar sind (vier Linien in der Balmer-Serie). Das NIST verfügt über eine Datenbank mit Spektrallinien für jedes Element (siehe http://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/lines_form.html), in der Sie feststellen können, dass es eine Fülle von Linien gibt das sind nicht sichtbar. Ich weiß jedoch nicht, wie wahrscheinlich all diese Übergänge sind. Die Balmer-Linien für Wasserstoff sind natürlich sehr wahrscheinliche Übergänge.

Wenn im sichtbaren Lichtband keine elektronischen Übergänge auftreten würden, könnten wir dieses Band trotzdem verwenden, um zu sehen? Wenn nein, was wäre die effizienteste Art zu sehen?

Angenommen, wir hätten ein Gerät, um das Licht in diesen Frequenzen tatsächlich zu erfassen, ohne Elektronenübergänge zu verwenden (dies ist eher eine biophysikalische Frage und über meine Fähigkeiten hinaus): Wir könnten dieses Band verwenden, genau aufgrund dessen, was ich in meiner ursprünglichen Antwort gesagt habe: Das meiste Licht, das wir sehen, ist reflektiertes Sonnenlicht, nicht absorbiert und wieder emittiert oder nur emittiertes Licht. Da das Sonnenlicht genau im sichtbaren Spektrum reichlich vorhanden ist (und dies nichts mit den Emissionsspektren von Atomen zu tun hat), würden wir sehr gut sehen. Farben sind jedoch problematisch: Sonnenlicht ist weiß und die Farben resultieren aus der Absorption bestimmter Teile dieses Lichts, während andere einfach reflektiert werden.

Der Absorptionsprozess ist mit den Spektrallinien verbunden, aber ich habe nicht das Gefühl, dass ich genug weiß, um diese Verbindung präziser zu machen. Es könnte also sein, dass das Fehlen jeglicher Absorption in diesem Teil des Spektrums unsere Welt ziemlich farblos macht - wir würden Schwarz und Weiß sehen.

EM-Strahlung wird auf zwei Arten absorbiert:

1. Absorption des schwarzen Körpers

2. elektronische / Schwingungs- / Rotationsanregung

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Alle Feststoffe absorbieren aufgrund des Schwarzkörpermechanismus (1), aber alles, was dies tut, ist die einfallende Strahlung in Wärme umzuwandeln, und es ist schwierig, genau zu sein ungefähr genau dort, wo das einfallende Photon aufschlug. Einige sehr einfache Bilder können noch erstellt werden, z. B. Schlangen verwenden diese Methode, um Informationen über den Ort der Beute zu erhalten. Es ist jedoch viel ungenauer als die Abbildung mit dem Auge. Bei Methode (2) ändert das einfallende Photon den Quantenzustand eines Moleküls. Durch Rotationsanregung ändert das Molekül den Drehimpuls, durch Schwingungsanregung ändert das Molekül seine Schwingungsenergie und durch elektronische Anregung ändert ein Elektron im Molekül die Energieniveaus.

Die mit den drei assoziierte Energie Arten von Anregungen sind sehr unterschiedlich. Rotationsübergänge treten tendenziell bei Mikrowellenfrequenzen auf, vibrieren im Infrarot und elektronisch im sichtbaren bis ultravioletten Bereich. Von diesen drei können aus verschiedenen Gründen nur die elektronischen Übergänge in einem Auge sinnvoll eingesetzt werden. Beispielsweise neigen Rotations- und Vibrationsanregungen dazu, in Festkörpern und Flüssigkeiten aufgrund von Wechselwirkungen zwischen Molekülen unscharf zu werden. Auch Mikrowellen haben eine zu große Wellenlänge, um eine gute Sicht zu ermöglichen, es sei denn, das Auge ist zu groß (d. H. Die Größe einer Radarschüssel!). Schließlich wird Infrarot stark vom Wasser absorbiert, und wenn Ihr Auge Wasser enthält, ist dies ein Problem.

Jedes nützliche Auge basiert also wahrscheinlich auf elektronischen Anregungen, und genau so funktioniert unser Auge, weil es elektronische Anregungen der Rhodopsinmoleküle erkennt. Elektronische Anregungen einfacher Atome und Moleküle liegen im Ultraviolett, aber UV-Photonen haben viel Energie und zerstören das Gewebe (deshalb bekommt man Sonnenbrand), so dass sie für das Sehen nicht viel nutzen. Durch die Herstellung von Molekülen mit konjugierten Doppelbindungen kann die Energie elektronischer Anregungen in den sichtbaren Bereich gesenkt werden, und genau das tun Augen. Optische Pigmente von Wirbeltieren werden von Vitamin A abgeleitet, und dies hat konjugierte Doppelbindungen, die ein Chromophor bilden. Um die Energie unter 800 nm Wellenlänge zu bringen, wären jedoch verlängerte und wahrscheinlich instabile Moleküle erforderlich, sodass eine Untergrenze festgelegt wird.

Die Antwort lautet also im Grunde, dass elektronische Übergänge für das Sehen erforderlich sind und praktische Überlegungen den Nutzen einschränken Wellenlängen im Bereich von 400 bis 800 nm.

Zusätzlich zu den anderen Antworten entspricht das visuelle Lichtspektrum einer Kerbe im Absorptionsspektrum der Atmosphäre.

Bildquelle: http: //en.wikipedia.org/wiki/File:Atmospheric_electromagnetic_opacity.svg

Abgesehen von den "Physik" -Erklärungen in den anderen Antworten müssen wir die Biologie berücksichtigen. Um ein "Auge" zu machen, braucht man eine Art Linse (oder konzeptionell eine Spiegel-Evolution, die das galiläische Teleskop gefunden hat, nicht das Newtonsche, aber vielleicht könnte es das haben), die das einfallende Licht fokussiert, und Rezeptoren, die von diesen aktiviert werden Photonen. Es gibt (mindestens) drei wichtige Faktoren für die Auswahl der Wellenlänge:

• Für die Fokussierung ist eine Oberfläche erforderlich, die die erforderliche Form mit einer hohen Genauigkeit aufweist, die kleiner als die Wellenlänge von ist das Licht, das erfasst werden soll. Daher sind kürzere Wellenlängen schwerer zu handhaben. Kleinste Zellen sind in der Größenordnung von einem halben Mikrometer lang; unten betreten wir das Reich der Viren. Eine biologische Fokussiervorrichtung würde Probleme haben, Wellenlängen zu handhaben, die kürzer als das schwächste UV sind.

• Der Rezeptor muss genügend Energie erhalten, um aktiviert zu werden. Lange Wellenlängen bedeuten weniger Energie pro Photon, was die Aktivierung erschwert. Eine lange Wellenlänge erfordert ein größeres Auge, wodurch es schwieriger wird, die gewünschte Präzision zu erreichen.

• Jede komplexe Struktur verbraucht genetische Ressourcen. Es gibt nur so viele Gene, die in einige Chromosomen passen.

Aus evolutionärer Sicht besteht also ein gewisser genetischer Druck, der bedeutet, dass erfolgreiche Arten die sein werden diejenigen, die eine Art von Auge erhalten (und nicht zwei oder drei Arten von Augen, die bei unterschiedlichen Wellenlängen arbeiten), und dieses Auge wird eine Art "optimaler Kompromiss" zwischen dem Bedarf an genügend eingehender Energie und der Leichtigkeit der Aufrechterhaltung der richtige Fokussierungsform. Es ist irgendwie sinnvoll, dass der optimale Kompromiss bei Wellenlängen liegt, bei denen das Licht auf der Erde am reichlichsten ist, da mehr Energie bedeutet, dass die Augen kleiner sein können.

Neben der Antwort von Martin gibt es auch den physikalischen Mechanismus der Detektion von Licht.

• Licht mit einer ultravioletten Wellenlänge kann absorbiert werden, um ein Atom zu ionisieren und a auszulösen chemische Reaktion; Licht im sichtbaren Bereich kann nur absorbiert werden, um eine Anregung auszulösen, und erfordert komplexe Moleküle mit spezifischen chemischen Eigenschaften, um diese Anregung in eine tatsächliche chemische Reaktion umzuwandeln, die für den tatsächlichen Nachweis erforderlich ist. ( http://www.chemistry.wustl.edu/~edudev/LabTutorials/Vision/Vision.html) erklärt den biochemischen Weg, bei dem die Absorption von 1 Photon zu einer chemischen Signalkaskade führt (Diskussion darüber) wahrscheinlich außerhalb des Rahmens dieser Frage)

• dem nahen Infrarotfenster sind fast keine elektronischen Anregungen zugeordnet, da Photonen in diesem Energiefenster nicht genug Energie haben, um ein Elektron zwischen irgendwelchen anzuregen Basisniveau und jedes andere Niveau

• Bei einer Umgebungstemperatur von etwa 300 K wäre der Empfang von Wellenlängen über 700 nm mit chemischen Verfahren schwer zu messen, wie dies bei chemisch empfindlichen Substanzen in dieser Region der Fall wäre reagieren spontan mit thermischen Photonen, die aus ihrer Umgebung oder sogar von sich selbst stammen.

(von http://pveducation.org/pvcdrom/properties) -von-Sonnenlicht / Schwarzkörper-Strahlung)

Obwohl sehr kurze Wellenlängen mit organischem Gewebe interagieren, sind selbst kurze Wellenlängen (UV) immer noch schädlich (Hautkrebs durch DNA-Polymerisation und andere chemische Effekte). Die sichtbaren Wellenlängen sind das, was wir sehen, nahes Infrarot hat keine leichte Fähigkeit, chemische Prozesse auszulösen, und fernes Infrarot ist das, womit die Detektoren leuchten, wenn sie sich bei 300 K befinden Photonen.

Die einzigen vernünftigen Wellenlängen, die bei einer Auflösung übrig bleiben, sind die, die wir tatsächlich sehen.

Meiner Ansicht nach (haha) der Welt liegt es daran, dass Tiere in Bezug auf das Ausmaß der Dinge, die sie beobachten, in einer Art komfortabler mittlerer Größe existieren.

Wenn Menschen als Beispiel zehn Größenordnungen kleiner wären, wäre Licht wahrscheinlich nicht so wichtig. Wenn wir uns überlegen, wie extrem kleine Organismen die Welt wahrnehmen, stellen wir übrigens fest, dass das Sehen für sie ein eher kleiner Teil des Bildes ist. Viele der Dinge, die ihnen wichtig sind, unterschreiten ohnehin die beobachtbare Schwelle des Spektrums des "sichtbaren Lichts", da die meisten Dinge in dieser Größenordnung keine Farbe haben (insbesondere sind die meisten wirklich besorgniserregenden Dinge kleiner als 800 nm). Das 800-nm-Problem betrifft eigentlich die Instrumentierung, aber es gibt noch ein anderes Problem: die Anzahl der Synapsen, die in das Gehirn eines solchen Organismus passen. Dies ist ein Hauptproblem und zwingt Säugetiere, Reptilien und andere Wesen, die wir als vollständig empfindungsfähig betrachten, über eine Mindestgröße hinaus zu existieren, und es kommt vor, dass Wesen dieser Größenordnung diejenigen sind, an die wir denken, wenn wir "Beobachter" betrachten.

Wenn der Mensch dagegen zehn Größenordnungen größer wäre, wird das Licht zu langsam, als dass es sich um eine Beobachtung handeln könnte. Sicher, die Lichtgeschwindigkeit könnte der Mechanik des Denkens in einem physischen Geist eine harte Grenze auferlegen (zumindest, weil dies die Grenze der Geschwindigkeit elektrochemischer Wechselwirkungen ist), aber es ist schwer, sich ein sehr großes fühlendes Wesen vorzustellen das beschäftigt sich viel mit Lichtspektrumbeobachtungen über sehr primitive Tests hinaus. Betrachten Sie die absurd ungeschickten Experimente, bei denen sich Menschen derzeit mit dem befassen, was sie (willkürlich) als "Hochenergie" -Bereich wahrnehmen.

Empfindungsfähige Tiere treten zufällig in einem bestimmten Maßstab auf, der lichtbasierte Beobachtungen schnell macht. einfach, produktiv und daher in ihrem Denken vorherrschend. In diesem Universum jedenfalls. Das macht es nicht besonders, das macht es zu einem Beobachtungsfehler.