人为什么只能看到从红色到紫色的光？人眼利用了水的bug

　　人为什么只能看到从红色到紫色的光？
　　笼统来说，我们能看到光，是因为物体发出了电磁辐射，这种辐射向我们的大脑发出信号后，我们就看到了不同颜色的光线。
　　但为什么我们只能看到红色到紫色，也就是400到700纳米的光呢？而其它那么大波长范围的我们都视而不见？
　　看到光是电磁辐射的化学效应
　　电磁辐射有物理效应和化学效应，我们首先需要搞清楚，我们看到光究竟是哪种效应在起作用。
　　电磁辐射的物理效应包括加热物体和产生压力，这两个效应都非常微弱。比如光的压力可以制作光帆飞船，虽然力量非常弱小，但持续不断的加速却可以让它达到十分之一光速，从而在40年内到达离我们最近的恒星系，而即使用现在最快的飞船，也要十多万年。
　　显然电磁辐射不是通过物理效应来让我们看到物体的，而应该是通过引起分子的化学变化，将这些变化的信号传递到神经系统，来让我们感知光线，这就是视觉的基本工作原理。
　　视觉的光化学作用发生在哪里？
　　这种作用发生在人眼的视网膜中。视网膜里含有感光细胞，包括视杆细胞、视锥细胞和视网膜神经节细胞，这就是发生魔法的地方。
　　人类视网膜里共有约600万视锥细胞和1。25亿视杆细胞。
　　视锥细胞在比较亮的环境下工作，可以分辨颜色。
　　视杆细胞在比较暗的环境下工作，分辨率较低，而且不能分辨颜色。
　　简单来说，锥状的视锥细胞分辨光线颜色，像杆子一样的视杆细胞感知光线强弱。
　　人类和高等灵长类等动物有三种不同的视锥细胞，其它哺乳动物则缺少红色的视锥细胞，所以对颜色的分辨能力就比较差。比如猫只能分辨蓝绿色调，狗只能分辨黄蓝色调。
　　一些人缺乏红色、蓝色或绿色的视锥细胞，于是就形成了不同的色盲，他们看到的世界大抵就和猫狗看到的差不多。
　　你可能已油然而生一种优越感了，原来越高等的动物视锥细胞越多，越能看到更丰富的世界。
　　但鸟儿马上就来打你脸了：我们有四种视锥细胞，可以看到紫外线；
　　鸽子和蝴蝶：切！我们有5种；
　　皮皮虾：我12种，还能看到偏振光，我骄傲了吗？
　　扯得有点远了。视觉是如何产生的？
　　视杆细胞和视锥细胞将感受到的光转化为神经信号，被视网膜上的其它神经细胞处理后，转变为视网膜神经节细胞的动作电位，通过视神经管传入大脑，导致视觉冲动，传送到大脑皮质的视觉中枢产生视觉。
　　这里的关键就是动作电位的产生，光是如何导致动作电位产生的呢？
　　每个视锥细胞暴露在光线之下的部分，都充满了含有光敏分子的视蛋白，以及连接在一起的11顺式视黄醛，两者一起组成视色素。
　　当有合适能量的光落在分子上时，11顺式视黄醛吸收光子后异构为全反式视黄醛，激活视紫红质，启动对大脑的神经脉冲，从而产生一系列下游反应形成视觉。
　　到这里你可能已看到我们为什么只能看到红色到紫色的光这个问题的关键了，只有合适能量的光，能够在视网膜上实现11顺式视黄醛的顺反异构，那么这些光的波长是多少呢？
　　顺反异构本质上是一种电子跃迁，这种跃迁比旋转跃迁和振动跃迁具有更高的能量，而典型有机分子的跃迁能只有几个ev量级。所以只要知道视觉化学效应中存在电子跃迁，我们就可以马上说，可见光谱的波长应该在几百纳米左右。
　　那为什么恰好是400到700纳米呢？
　　这是11顺式视黄醛的特定吸收光谱，而视黄醛是受视蛋白影响的，所以这个问题就变成，我们的视网膜是如何得到只吸收这个波长范围的视蛋白的？或者说，我们是如何得到这个波长范围内的感光分子的？
　　这是因为，要想探测给定波长的光，这些波长的光就需要足够多，阳光中大部分紫外线都被大气吸收了，落入我们眼睛的大部分能量都在可见光到红外区域，因而我们有理由相信，眼睛将会进化来看到从可见光到近红外的波长段。
　　但这并不是全部，动物眼睛的基本进化发生在阳光下的水中，而且我们眼球内部的玻璃体99都是水，这意味着光线必须要穿过水才能为我们所见，而水在可见光波长范围内只有一个狭窄的透明窗口，所以眼睛自然进化为具有适合可见光范围的感光系统，进化正是找到并利用了水的这一bug。
　　所以为什么我们只能看到从红色到紫色的可见光的最终答案就是，它是由11顺式视黄醛顺反异构的电子跃迁决定的，和各种光是否能穿过大气，穿过水有关。只有这一波段的光适合这三种视锥细胞中11顺式视黄醛的吸收，所以我们的眼睛进化成了可以看到从红色到紫色的可见光。综合来说，这是由进化、阳光、大气和水决定的。只有这一波长段的光，能穿透大气、水，引发我们眼中视蛋白的反应。
　　而其它动物的视锥细胞和我们有所不同，对不同波长的光敏感不同，所以和我们的可见光也有所不同，特别是四色、五色视觉，尤其是皮皮虾的12色，我真的很好奇，它们眼中的可见光究竟是什么样子的呢？
　　这篇文章主要内容来自埃因霍温科技大学纳米光子学博士后研究员RazimanT。V的观点，参考了维基百科中相关词条的解释，Raziman也说自己只研究纳米光子学，并非生物学和化学专业，请学科专家指正。本人也非这个专业，只是觉得好奇，根据自己的理解写了这篇文章，可能还有表达不准确甚至错误的地方，仅作参考。