在完全黑暗的环境中，人眼对单个光子的敏感度足以探测到它。位于眼球后部的感光细胞——视杆细胞，可以对单个光子做出反应，但这并不等同于真正地“看见”光。我们通常认为的有意识的视觉感知，需要视网膜和大脑处理这些信号。几十年来，研究人员一直在猜测人眼究竟能探测到多暗的光。现在，研究发现，单个光子——光的最基本单位——足以向大脑发送信号。“据我们所知，这些实验首次提供了人类直接感知单个光子的证据，”Alipasha Vaziri、Jonathan Tinsley及其同事在一篇周二发表于《自然-通讯》的研究中写道。略高于随机猜测 20世纪40年代的一系列实验已经表明，在完全黑暗的环境中，人眼能探测到低至五到七个光子。直到最近，科学家们才拥有能够产生单个光子的光源技术。Vaziri、Tinsley及其团队利用量子光学技术构建了一个光源，向研究参与者的眼睛发射单个光子。他们让参与者判断自己是否看到了一个微小的光点，或者完全没看到光。参与者正确回答的比例略高于随机猜测，约 51.6%，并非压倒性优势。研究人员还要求参与者根据一到三的等级评估他们对自己答案的信心。大多数时候，人们的评分是 1 或 2——信心不高——但在参与者对自己答案最有信心的试验中，他们的回答实际上更准确，约 60%。研究人员表示，这证明了在受试者报告对自己答案更有把握的试验中，他们确实感知到了黑暗中的单个光子。为弱光做好准备 研究人员注意到，看到一个光子会使在接下来的几秒内更容易探测到另一个光子。通常情况下，当可用光线更多时，眼睛对光的敏感度会降低，但在极弱光下，眼睛需要充分利用最小的光量子，情况则相反。一个光子击中视网膜似乎能让眼睛为下一个光子做好准备，使其更敏感。这种效应只持续几秒钟，但效果显著。当参与者探测到一个光子时，他们在接下来十秒内成功探测到再次进入眼睛的光子的几率上升到约 56%。相比之下，当眼睛没有被近期光子“预激”时，这一几率约为 51%。另一方面，在参与者对答案最有信心的试验中，即使没有预激，他们仍然能以约 59% 的准确率正确探测到光子。根据 Vaziri 和 Tinsley 的说法，这意味着虽然探测一个光子可以提高感知下一个光子的概率，但这种光子预激并非总是感知单个光子所必需的。理解视觉“噪声” 当光子撞击视杆细胞或视锥细胞——眼睛中的感光神经细胞——时，其能量会将细胞中的一种化学物质转化为一种具有相同原子但排列方式不同的分子。这反过来又会改变细胞中的另一种化学物质，从而产生电信号。有时，这个过程会在视网膜中自发发生，从而产生一个假信号。这是视觉的“噪声”，也是此类研究中出现假阳性的原因之一。研究人员表示，由于他们的实验减少了环境中的视觉噪声，“这可能为探索尚未发现的视网膜通路提供新的途径。”
