猫科、犬科动物的眼睛为什么会在夜晚发光?

猫眼在黑暗中闪闪发光,狼眼在夜色中阴森恐怖,这些光属于发光还是反光?大自然是如何赋予它们如此神奇的能力的?

小猫咪

大多数人对于这个问题都同意其实它们的眼睛本身并不发光,只能反射进入眼睛的月光、星光和其他微弱的光线。但是,按照常识,在漆黑的夜晚照射到动物眼睛上的入射光的强度是很弱的,由此导致反射光的强度应该更弱。如果人们连入射光都看不见,怎么经过动物的眼睛一反射,反而看见了反射光了呢?难道入射光经过动物的眼睛反射后,反倒变强了不成?!更令人惊奇的是,有些动物的眼睛并非在夜晚一定会放光,只用当其需要用眼睛搜索目标时,其眼睛才会骤然闪射 出明亮的冷光。到了白天,在外界的入射光增强的状态下,动物的眼睛反而不再放光了。这是怎么一回事呢?



这说明上述动物的眼睛并非简单具有某些物理化学性质的晶体,而是可受大脑支配,随外部环境改变而改变的智能仪器。有一种说法认为它们的眼球上有个非常特殊的晶点,能够先把夜晚中微弱的光聚集起来,然后反射出去,从而看清楚黑暗中的东西。这个晶点的形状可受眼部肌肉控制,从而根据外部光线强度的不同调整反光率。看上去这很有道理,但是我对此仍有疑问。为什么反射光比入射光亮?如果说晶点可以积累光线再一起释放,那么狼眼光比周围环境亮上百倍,它们是否需要储备一整夜才能看上几分钟呢?显然不需要。况且,动物眼的结构应当是为了将光线(或者说电磁波)聚集到视网膜上,而不是将其反射出来,它与汽车前大灯的作用不同。所以这种说法仍不是最好的解释。

夜晚动物的眼睛

以下这一种观点是目前应该是最完善的。它的提出者认为动物的眼睛在夜晚放光,并非只是简单地反射了夜晚中极其微弱的可见光,而是反射了人眼看不见的红外线,并且在反射红外线时令其发生蓝移,变成了可见光。解释中用到了美国隐形战机所用的吸波涂层的基本工作原理,即光电效应阈值可变原理。

众所周知,看上去好像一片黑暗的夜晚。其实充满着人眼看不见的红外线。但是,红外线即使被物体反射,一般也不会变成可见光,除非被反射的红外线发生蓝移。在通常情况下,动物眼睛内的液晶膜分子是处于基态,无论其怎样排列,受到红外线照射的动物眼睛内的液晶膜是不会产生蓝移反射的。因此,动物的眼睛在白天和夜晚一般是不会放光的。

但是,如果某些动物能够通过肌肉给眼睛内的液晶膜施加一个压力作用,令其表面产生一个压电效应,则动物眼睛内的液晶膜表面就会带有一定量的负电荷,从而使得大量液晶分子受到液晶膜表面上多余负电荷电场的电离作用而改变,被维持在某一激发态或称亚稳态上,与此同时,肌肉还需改变液晶膜表面的分子排列,在这种情况下,当外界的红外线辐射作用到这些按照一定规律排列的处于激发态的液晶分子时,这些液晶分子会跃迁到更高能级的激发态或电离态,然后再捕获电子并向外发射光子。由于跃迁到更高能级的激发态或电离态液晶分子不一定正好回到原亚稳态,而是向包括基态在内的所有各低能级跃迁,由此导致向外发出的光子能量是包括了外界的红外线辐射、动物通过肌肉给眼睛内的液晶膜施加压力作用的能量,从而使得液晶膜表面的反射光发生蓝移,变成了人类眼睛可以看见的绿光、蓝光、黄绿光等可见光。

由上述分析可知,如果不是动物通过肌肉给眼睛内的液晶膜施加压力作用,使液晶膜表面就会带有一定量的负电荷,从而使得大量液晶分子被维持在某一激发态或称亚稳态上,动物的眼睛是不可能在夜晚放出可见光的。这样的可见光由于黑夜光强十分微弱,并且具有与背景不同的奇特色彩,于是就显出了各种耀眼的颜色。

我认为这个解释也承认了反光和蓝移都受动物大脑控制,并且吸收红外线能量的过程即是视网膜感光的过程,从而得出有些动物在夜间视力惊人是因为看见了红外线。

真没想到看似寻常的一个生物现象要用现代物理学才能解决;现代物理学也不是只在高科技的航空航天领域才能用到,在生物活动机理上即有此实例。而更令人惊讶的是,比人类“低等”得多的猫科犬科动物,在其起源之初就已经将人类在20世纪才理解的光电效应阈值可变原理运用得如此炉火纯青。

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