Dapatkah Mata Manusia Melihat Foton Tunggal?

Philip Gibbs
1996
(Sumber: math.ucr.edu)

Mata manusia amat peka, tapi bisakah kita melihat foton tunggal? Jawabannya: sensor di retina dapat merespon foton tunggal. Namun filter syaraf hanya memperkenankan sinyal berlalu ke otak untuk memicu respon sadar bila sekurangnya lima sampai sembilan foton tiba dalam waktu kurang dari 100 milidetik. Jika kita bisa melihat foton tunggal secara sadar, kita akan mengalami terlalu banyak “derau” visual dalam penerangan amat rendah. Jadi filter ini merupakan penyesuaian penting, bukan kelemahan.

Sebagian orang bilang foton tunggal bisa dilihat. Mereka mengutip fakta bahwa kilasan redup dari material radioaktif (contohnya) dapat dilihat. Argumen ini tidak tepat. Kilasan demikian menghasilkan banyak foton. Selain itu, tidak mungkin menentukan kepekaan berdasarkan kemampuan astronom amatir dalam melihat bintang redup dengan mata telanjang. Mereka dibatasi oleh cahaya latar sebelum batas sejati tercapai. Untuk menguji kepekaan visual harus dilakukan eksperimen yang lebih jeli.

Retina di bagian belakang mata manusia mempunyai dua tipe reseptor, dikenal sebagai sel kerucut dan sel batang. Sel kerucut bertanggungjawab atas penglihatan warna, tapi jauh kurang peka terhadap penerangan rendah dibanding sel batang. Dalam penerangan terang, kerucut menjadi aktif dan selaput pelangi dinonaktifkan. Ini disebut penglihatan fotopik. Saat kita masuk ruangan gelap, pertama-tama mata beradaptasi dengan membuka selaput pelangi guna memasukkan lebih banyak cahaya. Selama sekitar 30 menit, terdapat adaptasi kimiawi lain yang membuat sel batang jadi peka terhadap cahaya pada [besaran] satu per 10.000 dari level yang diperlukan untuk berfungsinya kerucut. Setelah periode ini, penglihatan kita dalam gelap jadi jauh lebih baik, tapi penglihatan warnanya sangat sedikit. Ini dikenal sebagai penglihatan skotopik.

Zat aktif di sel batang adalah rhodopsin. Foton tunggal dapat diserap oleh molekul tunggal yang berubah bentuk dan secara kimiawi memicu sinyal yang ditransmisikan ke syaraf optik. Vitamin A aldehyde juga memainkan peran penting sebagai pigmen penyerap cahaya. Gejala kurang vitamin A adalah rabun senja akibat gangguan penglihatan skotopik.
Kita dapat menguji kepekaan penglihatan dengan memakai sumber penerangan amat rendah di ruangan gelap. Eksperimen ini pertama kali berhasil dilakukan oleh Hecht, Schlaer, dan Pirenne pada 1942. Mereka berkesimpulan, sel batang dapat merespon foton tunggal selama penglihatan skotopik.

Dalam eksperimen, mereka memberi waktu 30 menit kepada subjek manusia untuk membiasakan diri dengan gelap. Mereka menempatkan sumber cahaya terkendali pada 20 derajat di sebelah kiri titik tujuan penglihatan subjek, sehingga cahaya akan jatuh pada area retina dengan konsentrasi sel batang tertinggi. Sumber cahaya adalah cakram yang men-subtend sudut 10 menit busur dan memancarkan kilasan redup 1 milidetik untuk menghindari terlalu banyak penyebaran cahaya di ruang atau waktu. Panjang gelombang yang dipakai adalah sekitar 510 nm (cahaya hijau). Subjek diminta menyahut “ya” atau “tidak” untuk menyatakan apakah mereka merasa melihat kilasan. Intensitas cahayanya diturunkan secara berangsur-angsur sampai subjek hanya mampu menebak jawaban.

Mereka mendapati sekitar 90 foton harus masuk ke mata untuk tingkat keberhasilan menyahut sebesar 60%. Karena hanya 10%-an dari foton-foton yang tiba di mata betul-betul mencapai retina, berarti dibutuhkan sekitar 9 foton di reseptor. Karena foton-foton tersebar ke 350-an sel batang, para pelaku eksperimen dapat menyimpulkan secara statistik bahwa sel-sel batang tersebut pasti merespon foton tunggal, sekalipun subjek tidak mampu melihat foton demikian saat datang tidak terlalu sering.

Pada 1979, Baylor, Lamb, dan Yau mampu memakai sel batang milik katak ke dalam elektroda untuk membuktikan secara langsung bahwa itu merespon foton tunggal.

Rujukan

  • Julie Schnapf, How Photoreceptors Respond to Light, Scientific American, April 1987
  • S. Hecht, S. Schlaer, dan M.H. Pirenne, Energy, Quanta and vision. Journal of the Optical Society of America, 38, 196-208 (1942)
  • D.A. Baylor, T.D. Lamb, K.W. Yau, Response of retinal rods to single photons. Journal of Physiology, Lond. 288, 613-634 (1979)

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s