human
Pourquoi tout le spectre de la lumière n'est-il pas visible ? La partie spécifique du spectre que nous voyons n'est-elle pas assez arbitraire ? S'il vous plaît, expliquez-moi comme si j'avais cinq ans.
gpt
Ainsi, alors que les autres ont raison en ce sens que c'est la partie la plus * utile * du spectre, et la plus abondante, il y a une autre très bonne raison pour laquelle nous ne pouvons pas voir en dehors du spectre visible. Même les autres animaux qui * peuvent * voir plus que nous voient à peine dans les UV, et la plupart des choses qui détectent l'IR ne le * voient * pas autant que le sentent. Cette raison a à voir avec la physique de la lumière et comment elle affecte les liaisons chimiques. Vous savez donc peut-être déjà que les photons sont la particule porteuse de la force électromagnétique : ils affectent les électrons. La lumière dans le spectre au-dessus de la partie visible est ce qu'on appelle le *rayonnement ionisant*. Tous les UV ne sont pas ionisants, mais il ne faut pas beaucoup plus de violet pour entrer dans ce domaine. Le rayonnement ionisant a suffisamment d'énergie pour éliminer complètement les électrons de leurs noyaux atomiques. C'est assez dangereux , car cela transforme cet atome en ion ( d' où le nom * ionisant * ) . Les ions ont plus ou moins d'électrons que les protons dans le noyau - dans ce cas, soudainement un de moins. Cela donne à l'atome une charge nette positive. Mais les liaisons chimiques dépendent des électrons et des charges entre les atomes pour fonctionner. Si vous changez soudainement la charge de l'atome, cette liaison s'envolera probablement, ou l'atome se liera à un autre atome alors qu'il n'est normalement pas censé le faire. Cela peut complètement détruire n'importe quelle molécule dans laquelle se trouvait cet atome. S'il se trouve que c'est dans votre ADN... eh bien... c'est ainsi que la lumière UV cause le cancer. Les rayons gamma sont encore plus énergétiques et plus susceptibles à la fois de pénétrer très profondément dans votre corps (les UV s'arrêtent presque toujours dans votre peau et la mélanine l'absorbe) et de vraiment salir la molécule qu'ils frappent. Et une fois que cet électron est parti, il est parti – le changement est permanent. Cela rend l'ionisation très difficile à "voir" parce que la molécule que vous utilisez pour la détecter va se casser. Chaque fois que vous voulez détecter un photon, vous avez besoin d'une nouvelle molécule de détection. Cela devient extrêmement coûteux très rapidement. Rappelez-vous, tout ce qui concerne la vie est une ressource. Il n'est pas utile de reconstruire la moitié de votre rétine toutes les quelques minutes juste pour voir une forte lumière UV. De plus, cela signifie que vous ouvrez délibérément une partie très sensible de vous-même pour accepter des radiations très dangereuses, qui peuvent vraiment endommager le reste de vos yeux qui ne sont pas impliqués dans leur détection. De plus , selon la longueur d' onde , les photons à haute énergie peuvent ne pas interagir * du tout * avec votre détecteur -- c'est pourquoi les rayons gamma pénètrent si profondément . Ils ont une énergie si élevée qu'ils soufflent juste à côté de la plupart des atomes, jusqu'à ce qu'ils en frappent un *très fort*. * En dessous * du spectre visible, les photons n'ont pas assez d'énergie pour exciter un seul électron dans un état d'énergie plus élevé autour des noyaux. Au lieu de cela, ils se tortillent juste un peu. L'infrarouge les fait bien se tortiller ! La petite agitation des électrons fait également agiter les noyaux, et l'agitation des atomes est littéralement la définition de la chaleur. C'est ce qui rend l'infrarouge "chaud", et c'est aussi ainsi que fonctionnent les fours à micro-ondes. Ils créent des ondes stationnaires de photons à basse fréquence qui poussent les atomes, en particulier les atomes d'eau, d'avant en arrière, conférant une certaine énergie qui devient de la chaleur. Les radios fonctionnent en traduisant ces mouvements d'électrons en signaux électriques. Cela les rend également assez difficiles à détecter pour les yeux. Ils ne peuvent en fait pas modifier les liaisons chimiques , ils chauffent juste un peu . Bien sûr , beaucoup d' animaux comme les serpents peuvent détecter la lumière infrarouge , mais ce n'est pas avec une précision extrême , juste un sentiment plus général de " ça vient de là - bas " . La détection des ondes radio nécessite beaucoup d' équipement spécialisé , principalement des métaux , et les métaux peuvent être dangereux pour les cellules. Et , soyons réalistes , vous parlez de construire une puce informatique à vos yeux . Encore une fois, cela ne vaut certainement pas les ressources, et encore une fois, les photons à basse énergie n'interagissent pas bien avec la matière. Ils ont tendance à traverser la majeure partie de la matière, ce qui les rend parfaits pour les télécommunications, mais mauvais pour les yeux. Cela nous amène donc au minuscule spectre visible. La particularité du spectre visible est que ces photons sont * juste * dans la quantité d'énergie dont ils disposent. Ils sont très susceptibles d'interagir avec la plupart des matières (c'est pourquoi elles ne traversent pas les murs et autres), ce qui est formidable car cela signifie qu'elles se reflètent beaucoup sur les choses, ce qui nous permet de voir facilement ces choses ( avec les micro-ondes, comment sauriez-vous si le micro-onde que vous détectez vient de rebondir sur un mur ou vient de l'autre côté ?). Il interagit aussi parfaitement avec les électrons : il les déplace vers un état d'énergie plus élevé dans l'atome, ce qui * affecte * la molécule - en changeant sa forme ! Il ne détruit pas complètement le lien, il le modifie juste légèrement. Cela signifie que vous pouvez construire une molécule qui est spécialement accordée à une fréquence, et une fois que cette fréquence atteint votre molécule, elle change de forme, * puis redevient normale *. C'est * parfait * pour nos détecteurs ! Vous pouvez avoir un ensemble permanent de molécules dans votre rétine, vous n'avez pas à les remplacer * chaque * fois qu'elles détectent un photon. Ce n'est pas non plus un dommage permanent, donc il n'abîme pas les autres parties de votre œil, et parce qu'il interagit si bien avec la matière, il ne pénètre pas plus profondément dans les parties les plus sensibles de votre œil. Tout cela rend le spectre visible très utile pour nous. C'est pourquoi même dans les endroits sombres de la Terre, comme sous l'eau très profonde, ces espèces règlent encore *la plupart du temps* leurs yeux sur des parties du spectre visible, ou ne s'en soucient pas du tout. Ce serait un énorme avantage de pouvoir voir parfaitement dans l'obscurité en utilisant l'infrarouge, mais l'infrarouge n'est tout simplement pas facile à utiliser. Il serait également très avantageux de pouvoir communiquer dans une lumière UV "invisible" que vous seul pouvez voir - et certains animaux * utilisent * cette astuce. Mais à peine dans le spectre UV, avant qu'il ne devienne ionisant. Alors voilà. Si le pic de sortie du Soleil se situait quelque part en dehors du spectre visible, vous verriez l'évolution chercher des moyens de détecter ces photons, mais ces yeux ne seraient pas aussi bons que les nôtres dans ce spectre différent parce que ces photons ne sont tout simplement pas pas facile à détecter !