Surtout, vous voyez les choses parce qu'elles reflètent la lumière. Ils en absorbent une partie, ce qui leur donne leur couleur, mais vous les verrez aussi, si vous leur projetez une lumière infrarouge ou ultraviolette. Donc: quelle que soit la lumière que vous leur dirigez, une grande partie de cette lumière sera réfléchie et vous pourrez détecter cette lumière pour "voir" la matière.

Votre argumentation semble donc en arrière. L'idée la plus plausible est que la plupart de la lumière sur terre est d'une longueur d'onde donnée et que, par conséquent, les yeux de la plupart des animaux sont adaptés à cette longueur d'onde.

Plus précisément, regardez le spectre du soleil: comme vous pouvez le voir (partie jaune), le rayonnement est le plus intense en la zone de la lumière visible. Cela est dû au fait que le soleil est un corps noir presque idéal de la température de sa surface. Or, la lumière qui atteint la surface n'est pas toute la lumière du soleil, puisque certaines longueurs d'onde sont bloquées par l'atmosphère (restes rouges), ce qui est dû au fait que les éléments absorbent certains niveaux de rayonnement.

Maintenant, la détection de la lumière est plus difficile, s'il y a moins de lumière (vous ne pouvez pas très bien voir dans l'obscurité), donc il est plus facile de détecter une lumière intense - c'est donc une bonne idée d'ajuster vos yeux à la zone où la lumière est la plus intense.

Il y a cependant quelques autres aspects qui méritent d'être mentionnés:

1. Notez également qu'une "lumière" d'énergie plus élevée peut créer d'autres difficultés. Une grande partie de la matière organique devient transparente pour le rayonnement gamma (certains même pour les rayons X - c'est pourquoi la tomographie fonctionne), ce qui signifie également qu'il est beaucoup plus difficile de détecter les rayons X avec une matière organique, il serait donc encore plus difficile de construire un organique. oeil pour «voir» et utiliser de faibles intensités de rayonnement gamma. Pourtant: avec un bon détecteur et des rayons X suffisamment intensifs, je pourrais probablement aussi voir une bonne image de mon environnement.

2. La même chose est vraie dans l'autre sens: les ondes radio ont de très longues longueurs d'onde. Un simple œil n'est pas assez grand pour les voir.

Le résultat de tout cela est:

• Voir l'ensemble du spectre nécessite une plus grande variété de détecteurs, un seul type d '«œil» ne suffira tout simplement pas.

• La lumière sur terre est la plus abondante dans une bande étroite du spectre électromagnétique

Cela n'explique pas pourquoi nous voir une certaine bande du spectre électromagnétique, sauf si vous voulez une économie biologique.

EDIT: Alors pourquoi certains animaux voient-ils les UV et aucun ne voit la lumière IR? Contrairement à ce que j'ai prétendu précédemment, cela semble être plus un problème biologique: vous auriez probablement besoin d'un «œil» très différent, semblable à ce que j'ai laissé entendre en disant que nous avons besoin d'une plus grande variété de détecteurs: les seuls animaux avec vraiment la vision IR confirmée sont des serpents, qui n'utilisent pas leurs yeux pour "voir" la lumière infrarouge. D'autre part, tous les animaux avec des sens UV confirmés utilisent leurs yeux, ils ont juste une fenêtre de visibilité légèrement différente décalée vers l'ultraviolette, ou simplement un autre type de récepteurs (certains oiseaux ont apparemment jusqu'à cinq récepteurs de couleurs différentes, qui étend également une plus grande bande de longueurs d'onde).

Je n'ai pas inclus une étude plus complète de la biologie - c'est, après tout, une question sur la physique. Voir aussi la réponse de Thomas pour un argument plus complet de certains arguments biologiques montrant qu'il n'est probablement pas bénéfique d'avoir plusieurs yeux.

MODIFIER 2: Quelques questions ont été ajoutées pour clarification , alors laissez-moi essayer de répondre à ces questions:

La plupart des transitions de niveau d'énergie en matière d'objets de tous les jours correspondent-elles assez précisément aux longueurs d'onde de la lumière visible?

Réponse: Non, ils ne le font pas. Jetons un coup d'œil au spectre d'émission de l'hydrogène, l'élément le plus abondant de l'univers et également très présent sur terre (bien que normalement lié): spectre de l'hydrogène et en particulier cette image de Wikipedia. On peut voir de nombreuses lignes, dont seules quelques-unes sont visibles (quatre lignes de la série Balmer). Le NIST a une base de données de raies spectrales pour chaque élément (voir http://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/lines_form.html), où vous pouvez voir qu'il y a une abondance de lignes qui ne sont pas visibles. Cependant, je ne sais pas dans quelle mesure toutes ces transitions sont probables. Les lignes Balmer pour l'hydrogène sont bien sûr des transitions très probables.

Si aucune transition électronique ne s'est produite dans la bande de lumière visible, pourrions-nous encore utiliser cette bande pour voir? Si non, quels seraient les moyens les plus efficaces de voir?

En supposant que nous ayons un appareil pour détecter réellement la lumière dans ces fréquences sans utiliser de transitions d'électrons (c'est plus une question biophysique et au-delà de mes capacités): Nous pourrions utiliser cette bande, précisément à cause de ce que j'ai dit dans ma réponse initiale: la plupart de la lumière que nous voyons est la lumière du soleil réfléchie, non absorbée et réémise ou simplement émise de la lumière. Puisque la lumière du soleil est abondante et précisément dans le spectre visible (et cela n'a rien à voir avec les spectres d'émission des atomes), on verrait très bien. Cependant, les couleurs seront problématiques: la lumière du soleil est blanche et les couleurs résultent d'une absorption de certaines parties de cette lumière, tandis que d'autres sont simplement réfléchies.

Le processus d'absorption est lié aux raies spectrales, mais je ne pense pas en savoir assez pour rendre cette connexion plus précise. Il se peut donc que l'absence d'absorption dans cette partie du spectre rende notre monde plutôt incolore - nous verrions en noir et blanc.

Le rayonnement électromagnétique est absorbé de deux manières:

1. absorption du corps noir

2. excitation électronique / vibrationnelle / rotationnelle

Tous les solides absorbent grâce au mécanisme du corps noir, (1), mais tout cela ne fait que convertir le rayonnement entrant en chaleur et il est difficile d'être précis à peu près exactement où le photon entrant a frappé. Des images très basiques peuvent encore être effectuées, par exemple les serpents utilisent cette méthode pour obtenir des informations sur l'emplacement des proies. Cependant, c'est beaucoup moins précis que l'imagerie par l'œil.

La méthode (2) est où le photon entrant change l'état quantique d'une molécule. L'excitation rotationnelle est l'endroit où elle fait changer le moment angulaire de la molécule, l'excitation vibrationnelle est l'endroit où la molécule change son énergie vibratoire et l'excitation électronique est l'endroit où un électron de la molécule change les niveaux d'énergie.

L'énergie associée aux trois les types d'excitations sont très différents. Les transitions rotationnelles ont tendance à se produire aux fréquences micro-ondes, vibratoires dans l'infrarouge et électroniques dans le visible vers l'ultraviolet. De ces trois, seules les transitions électroniques peuvent être utilement employées dans un œil pour diverses raisons. Par exemple, les excitations de rotation et de vibration ont tendance à s'estomper dans les solides et les liquides en raison des interactions entre les molécules. De plus, les micro-ondes ont une longueur d'onde trop grande pour donner une bonne vision à moins que l'œil ne soit trop grand (c'est-à-dire la taille d'une parabole radar!). Enfin, l'infrarouge est fortement absorbé par l'eau, et si votre œil contient de l'eau, c'est un problème.

Ainsi, tout œil utile est susceptible d'être basé sur des excitations électroniques, et en fait, c'est ainsi que fonctionne notre œil car il détecte les excitations électroniques des molécules de rhodopsine. Les excitations électroniques d'atomes et de molécules simples se trouvent dans l'ultra-violet, mais les photons UV ont beaucoup d'énergie et sont destructeurs pour les tissus (c'est pourquoi vous attrapez des coups de soleil), ils ne sont donc pas très utiles pour la vision. En fabriquant des molécules avec des doubles liaisons conjuguées, l'énergie des excitations électroniques peut être abaissée dans le domaine du visible, et c'est ce que font les yeux. Les pigments optiques des vertébrés sont dérivés de la vitamine A, et cela a des doubles liaisons conjuguées qui forment un chromophore. Cependant, pour obtenir une énergie inférieure à une longueur d'onde de 800 nm, il faudrait des molécules étendues et probablement instables, ce qui définit une limite inférieure.

La réponse est donc fondamentalement que les transitions électroniques sont nécessaires pour la vision, et des considérations pratiques limitent l'utilité longueurs d'onde dans la plage de 400 à 800 nm.

En plus des autres réponses, le spectre visuel de la lumière correspond à une encoche dans le spectre d'absorption de l'atmosphère.

Source de l'image: http: //en.wikipedia.org/wiki/File:Atmospheric_electromagnetic_opacity.svg

Hormis les explications "physiques" dans les autres réponses, nous devons considérer la biologie. Pour faire un «œil», il faut une sorte de lentille (ou, conceptuellement, un miroir - l'évolution a trouvé le télescope galiléen, pas le newtonien, mais peut-être qu'il aurait pu) qui focalise la lumière entrante, et des récepteurs qui sont activés par ceux-ci photons. Il y a (au moins) trois facteurs importants pour la sélection de la longueur d'onde:

• La mise au point nécessite une surface qui a la forme requise avec un haut niveau de précision, inférieur à la longueur d'onde de la lumière qui doit être détectée. Ainsi, les longueurs d'onde plus courtes sont plus difficiles à gérer. Les plus petites cellules ont une longueur de l'ordre d'un demi-micromètre; ci-dessous, nous entrons dans le royaume du virus. Un appareil de focalisation biologique aurait du mal à gérer des longueurs d'onde plus courtes que les UV les plus faibles.

• Le récepteur doit recevoir suffisamment d'énergie pour être activé. Les longues longueurs d'onde impliquent moins d'énergie par photon, ce qui rend l'activation plus difficile. Une longue longueur d'onde nécessite un œil plus grand, ce qui rend la précision souhaitée plus difficile à obtenir.

• Toute structure complexe consomme des ressources génétiques; il n'y a qu'un nombre limité de gènes qui peuvent s'intégrer dans certains chromosomes.

Ainsi, d'un point de vue évolutif, il y a une certaine pression génétique qui signifie que les espèces qui réussissent seront les ceux qui obtiennent une sorte d'œil (et non deux ou trois types d'yeux fonctionnant à des longueurs d'onde distinctes), et cet œil sera une sorte de "compromis optimal" entre le besoin d'une énergie entrante suffisante et la facilité de maintenir le bonne forme de mise au point. Il est en quelque sorte logique que le compromis optimal se situe aux longueurs d'onde où la lumière est la plus abondante sur Terre, car plus d'énergie signifie que les yeux peuvent être plus petits.

En plus de la réponse de Martin, il y a aussi le mécanisme physique de détection de la lumière.

• la lumière avec une longueur d'onde ultraviolette peut être absorbée pour ioniser un atome, déclenchant un réaction chimique; la lumière dans la région visible ne peut être absorbée que pour déclencher l'excitation et nécessite des molécules complexes avec des propriétés chimiques spécifiques pour transformer cette excitation en une réaction chimique réelle nécessaire à la détection réelle. ( http://www.chemistry.wustl.edu/~edudev/LabTutorials/Vision/Vision.html) explique la voie biochimique par laquelle l'absorption d'un photon conduit à une cascade de signaux chimiques (dont la discussion est probablement en dehors du cadre de cette question)

• la fenêtre proche infrarouge n'a presque pas d'excitations électroniques associées, car les photons dans cette fenêtre d'énergie n'ont pas assez d'énergie pour exciter un électron entre niveau de base et tout autre niveau

(Spectre proche infrarouge de l'éthanol liquide, extrait de http://en.wikipedia.org/wiki/Near -spectroscopie_infrarouge)

• avec une température ambiante d'environ 300 K, la réception de longueurs d'onde supérieures à 700 nm serait difficile à mesurer à l'aide de procédés chimiques, comme le ferait tout ce qui est chimiquement sensible dans cette région réagissent spontanément avec les photons thermiques provenant de son environnement ou même de lui-même.

(de http://pveducation.org/pvcdrom/properties -de-la-lumière du soleil / rayonnement du corps noir)

En conclusion, alors que les très courtes longueurs d'onde interagissent avec les tissus organiques, même les courtes longueurs d'onde (UV) sont toujours dommageables (re: cancer de la peau causé par la polymérisation de l'ADN et d'autres effets chimiques) , les longueurs d'onde visibles sont ce que nous voyons, le proche infrarouge n'a pas la capacité facile de déclencher des processus chimiques, et l'infrarouge lointain est ce que les détecteurs brillent car ils sont à 300 K, ils seraient donc trop enclins à la détection spontanée de thermiques sans imagerie photons.

Les seules longueurs d'onde raisonnables restantes avec n'importe quelle résolution sont celles que nous voyons réellement.

À mon avis (haha) du monde, c'est parce que les animaux existent dans une sorte de taille moyenne confortable par rapport à l'échelle des choses qu'ils observent.

En prenant les humains comme exemple, s'ils étaient dix ordres de grandeur plus petits, la lumière n'aurait probablement pas autant d'importance. Soit dit en passant, si nous considérons comment les organismes extrêmement petits perçoivent le monde, nous constatons que la vision est une partie plutôt petite de l'image pour eux. Beaucoup de choses qui leur tiennent à cœur tombent de toute façon sous le seuil observable du spectre de la «lumière visible», car la plupart des choses manquent de couleur à cette échelle (en particulier, la plupart des choses véritablement préoccupantes sont inférieures à 800 nm). Le problème de 800 nm est en fait un problème d'instrumentation, mais il y a un autre problème: le nombre de synapse que peut contenir le cerveau d'un tel organisme. C'est un problème majeur et oblige les mammifères, reptiles et autres êtres que nous considérons comme pleinement sensibles à exister au-dessus d'une certaine taille minimale, et il arrive que les êtres de cette échelle soient ceux auxquels nous pensons lorsque nous contemplons des «observateurs».

Si les humains étaient dix ordres de grandeur plus grands, par contre, la lumière devient trop lente pour qu'ils se préoccupent de l'observation. Bien sûr, la vitesse de la lumière peut imposer une limite dure à la mécanique de la pensée dans un esprit physique (du moins parce que c'est la limite à la vitesse des interactions électrochimiques), mais il est difficile de concevoir un très grand être sensible. cela se préoccupe beaucoup des observations du spectre lumineux au-delà des tests très primitifs. Considérez les expériences absurdement maladroites dans lesquelles les humains se livrent actuellement à ce qu'ils perçoivent (arbitrairement) comme la gamme "haute énergie".

Les animaux sensibles se produisent à une échelle particulière qui rend les observations basées sur la lumière rapides, facile, prolifique et donc répandue dans leur réflexion. Dans cet univers, en tout cas. Cela ne le rend pas spécial, cela en fait un biais d'observation.