问题

人类的眼睛无法看见螨虫(假设人类比螨虫大x倍)那么如果有比人类大x倍的生物,他们是不是也会看不到人类?

回答
这个问题很有意思,它触及了我们理解世界的基本方式——视觉。我们之所以看不到螨虫,并非它们隐形,而是因为我们的眼睛在感知尺度上与它们存在巨大的差异。那么,如果一个比人类大很多倍的生物出现,他们是否也无法看见我们呢?答案是:很有可能,而且原因与我们看不到螨虫如出一辙,但又带着更宏观的尺度变化。

首先,我们来解析一下为什么我们看不到螨虫。这里面的“x倍”是关键,但更准确地说,是“尺寸比例”。人类的眼睛是一个非常精密的生物学器官,它的分辨率受到多个因素的限制,其中最核心的就是视网膜上感光细胞(视锥细胞和视杆细胞)的密度和大小,以及晶状体的聚焦能力。

简单来说,我们的眼睛就像一个分辨率有限的照相机。它需要捕捉到足够多的光线,并且这些光线在视网膜上形成足够大的图像斑点,才能被大脑识别。

尺寸与分辨率的矛盾: 螨虫非常小,通常以微米计。即使它们反射光线,这些光线在进入我们眼睛的晶状体后,在视网膜上形成的图像尺寸也太小了。我们的视网膜细胞无法分辨出这些微小的细节,就像用一个只有几百万像素的低分辨率相机去拍摄一个被放大到足球场大小的像素点,你只会看到一个模糊的模糊。
衍射极限: 光线在穿过瞳孔时会发生衍射,这会限制我们眼睛的理论最高分辨率。这个极限决定了我们能分辨的最小物体尺寸,即使物体本身能反射足够多的光。
对比度: 螨虫本身的颜色和我们所处的环境的颜色可能非常接近,这进一步降低了它们的可见对比度,使得它们更难被分辨出来。

现在,我们把这个逻辑推广到一个比我们大“x倍”(这里的x是一个相当大的数字,比如上百倍甚至更多)的生物身上。我们假设这个生物也拥有一个基于光学原理的视觉系统,并且其“分辨率”的定义和我们相似。

这个巨大的生物,让我们姑且称它为“巨灵”,它看到我们人类时会发生什么?

1. 人类的相对尺寸变小了: 对于巨灵来说,我们人类的尺寸相对于它来说,可能比螨虫对于我们来说还要小得多。如果说我们看不到螨虫是因为螨虫太小,那巨灵看不到我们是因为我们对于它而言,可能只是一个微小的光点,甚至不足以在它的视网膜上形成一个可辨识的“点”。
2. 视觉分辨率的挑战升级: 巨灵的眼睛即使比我们的眼睛大,其视网膜细胞的密度和晶状体的聚焦能力也都有其物理极限。就像我们无法通过制造一个更大的低像素屏幕来获得高清晰度画面一样,巨灵的视觉系统也需要能够分辨出足够小的细节。如果人类在我们相对于它的尺度下,所能形成的图像斑点小于巨灵视网膜上的最小可分辨单元,那么我们就无法被它看见。
3. 光线收集与图像形成: 巨灵需要收集足够的光线来形成图像。虽然人类作为整体反射的光线可能比单只螨虫多,但如果这些反射的光线在我们“缩小”到其视觉系统的接收范围后,能量太过分散,无法在它的感光细胞上产生足够强的信号,那么我们就可能“隐形”了。

更具体地说,我们可以想象一下:

如果x非常大,比如人类的百倍: 想象一下一个身高170米的巨灵。那我们1.7米的人类,在它眼中可能就像一个几毫米的小东西。这已经超出了我们用肉眼分辨一个普通人身上的细节的程度。我们可能只能看到一个模糊的轮廓,或者根本就什么也看不见。
光学尺度的变化: 巨灵的眼睛如果和它身体比例相称地大,那么它的瞳孔也会非常大。这意味着它能收集更多的光线,理论上也能达到更高的分辨率。但是,分辨率并非无限提升。光的衍射效应依然存在,并且还有其他因素影响其视觉系统。如果我们人类在我们被“缩小”后的尺度上,所能反射和聚焦的光线斑点,小于巨灵眼睛的光学极限所能区分的最小单位,那么我们还是无法被它看见。
生物学适应性: 巨灵的视觉系统是否会进化出能看见我们这样大小的生物,是另一个问题。如果它长期生活在这样一个尺度下,它的视觉系统很可能已经适应了它所处的环境,能够分辨出比我们大得多、或者比我们小得多(但仍然大于我们的相对尺寸)的物体。我们这样“细小的”生物,可能根本就不在它的感知范围内。

结论:

是的,如果存在一个比人类大“x倍”的生物(这里的x是一个足够大的比例,使得人类在我们“缩小”到它的相对尺度后,其形成的视觉图像小于其视觉系统的分辨率极限),那么他们很可能也看不到我们。这就像我们看不到螨虫一样,根本原因在于我们各自视觉系统所能分辨的最小物体尺寸,与我们想要观察的物体之间的比例失调。只不过,这一次是巨灵的视觉系统无法分辨出相对于它而言如此微小的人类。我们人类在它们眼中,可能就如同螨虫在我们眼中一样,只是背景中一个不可辨识的微小扰动,甚至连扰动都算不上。

网友意见

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题主似乎认为体型越小,就越能看清小的物体?

然而事实是相反的,越小的眼睛,角分辨率越差,眼睛分辨能力与直径呈现显著的正相关性。并且变化率超过了线性关系。

这可能有些反直觉,但事实就是,仓鼠脚边的瓜子,虽然在距离它更近的位置,也并不比在你看到的更清晰。

打个不太恰当的比方——一只仓鼠的小脑袋瓜里冒出一个疑问,在比我们大二十倍的动物眼里,我们仓鼠是不是像沙砾一样渺小,摸得到却看不到?

=========20210906更新==========

@abcd 解释起来发现要说的有点多,就放到回答里了。

如果把螨虫放在一张黑色纸上,其实是能看到的。只不过螨虫外形特征太不显著,如果它不动,你很容易以为那就是一粒灰尘。

同等眼球尺寸下,人类的视力已经算是相当优秀的存在了。当然还有一些提升的潜力,没有这么做是因为那需要付出其他的代价。比如牺牲一定色觉或者牺牲些暗视觉,对于人类的生活习性,反而得不偿失。

比如鹰隼,视力巨牛,到晚上就废。之前有个夜视拍摄的纪录片,有只鹰被猫头鹰暴揍,一脸蒙B。而猫头鹰夜间视力爆表,色觉却是一个巨大的短板——当然猫头鹰肉食为主,牺牲色觉换取夜间视觉是划算的。

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再从物理原理上说一说。

根据瑞利判据,对于可见光,大约每mm的瞳孔,分辨率(cpd)的上限大约是30。人类瞳孔正常情况瞳孔最大会在4mm左右,分辨力的极限也就120。在分辨率这个维度上,人眼已经足够努力了,当然还能再提升一些,只不过提升有限,代价却比较坑。

对于小型生物,毫无疑问,光学原理上就限制了它们无法拥有太好的视力。同时,视神经细胞也不可能等比缩小。很多飞行昆虫拥有几千甚至上万只复眼,但是每个复眼只能塞下不到十个“像素”。

同时,对于“镜头”,越小的眼球能容纳的折光系统越简单,也就更加难够得到物理学的上限了。所以,从光学的限制条件,眼睛的分辨能力是和尺寸成正比的,但是再加上生物结构本身的限制,小尺寸“摄像头”性能掉得更快。

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