Удобное для племянника объяснение, основанное на физике:

Наш мозг и нервы работают на основе электрических импульсов, которые представляют собой небольшие всплески электрического тока. Электричество — это то, что происходит, когда вы удаляете электроны из одного атома или молекулы и перемещаете их в другой, находящийся поблизости. В некоторых материалах, таких как металлы или сильно ионизированные жидкости, такие как кровь, легко перемещать электроны и создавать электрический ток. В других материалах, таких как пластик, резина или кость, электроны труднее заставить двигаться.

Чтобы заставить электрон удалиться от атома, требуется энергия. В проводниках требуется совсем немного энергии; в изоляторах это требует много энергии. Сколько энергии требуется для освобождения электрона, называется «работой выхода» или «энергией ионизации», в зависимости от того, что именно вы делаете, и измеряется в вольтах. (Ну, технически это электрон-вольты, но это сложное слово заставляет людей мгновенно засыпать.) Если вы вытолкнете такое же количество электронов --- такой же ток --- из девятивольтовой батареи, вы сделаете примерно в шесть раз больше. количество работы 1,5-вольтовой батарейки типа АА.

Если вы ударяете по атому с некоторой энергией, но этого недостаточно, чтобы полностью выбить электрон, вы иногда можете заставить электроны вокруг атома колебаться. Но атом не может вибрировать по-старому: разрешены только определенные частоты. Если вы попытаетесь передать атому энергию в недопустимом количестве, электроны атома просто проигнорируют вас. Это похоже на поиск торгового автомата с надписью «только четвертак»: если у вас есть карман, полный десятицентовиков и долларовых монет, то вам плохо.

Нам посчастливилось жить в мире, где энергия ионизации вещества обычно составляет три, пять или десять вольт, а энергия электронного возбуждения обычно составляет один, два или три вольта.

Свет — это способ, которым электрические заряды обмениваются энергией друг с другом. Свет состоит из сгустков, называемых «фотонами», каждый из которых несет определенное количество энергии. Оказывается, энергия в каждом комке напрямую связана с его цветом: фиолетовый свет имеет больше энергии на каждый комок, чем синий, синий больше, чем зеленый, зеленый больше, чем желтый, желтый больше, чем красный, а красный больше, чем инфракрасный. Когда видимый свет попадает на пигментные белки сетчатки, он заставляет электроны вибрировать ; который приводит в движение механизм, посылающий электрический импульс в ваш мозг. Когда ультрафиолетовый свет попадает на эти молекулы пигмента, он ионизирует их, что заставляет молекулы распадаться и запускает другой механизм («очистка в четвертом проходе»). И когда инфракрасныйсвет попадает на эти молекулы пигмента, у него недостаточно энергии, чтобы вызвать электронные колебания, поэтому вы получаете нулевую информацию об инфракрасном свете: вы стоите у торгового автомата, но только с десятицентовиками. Фотоны видимого света имеют энергию от примерно 1,8 вольт (красный) до примерно 3 вольт (фиолетовый).

Вся история намного сложнее, потому что разные способы вибрации молекулы очень сильно зависят от ее формы, но это основная идея. Вот почему ультрафиолетовый свет более опасен, чем видимый свет: помимо разрушения молекул пигмента, ультрафиолетовые фотоны обладают достаточной энергией, чтобы разрушить молекулы ДНК.

Инфракрасный свет может заставить всю молекулу вибрировать, что мы и называем теплом. (Легче заставить вибрировать целую молекулу, потому что молекулы большие и гибкие, а электроны удерживаются рядом с атомами на коротком жестком поводке.) У змей есть тонкая мембрана, которая, кажется, улавливает лучистое тепло, заставляя нагретый воздух вибрировать. течь через пору; Вы можете сразу увидеть, что это термомеханическое чувство полностью отличается от электрооптического метода, который мы (и глазастые змеи) используем для того, чтобы видеть видимый свет.

Инфракрасное излучение поглощается водой, как атмосферным водяным паром, так и жидкой водой.

Ниже приведен график пропускания воды на различных длинах волн. Обратите внимание, что некоторые довольно большие полосы полностью отсутствуют. Этот свет не может достичь ваших глаз, потому что воздух поглощает его.

Кроме того, наши глазные яблоки заполнены водой. Эта вода также поглощает инфракрасное излучение до того, как попадет на наши сетчатки. Ниже приведен график того, сколько света поглощается жидкой водой в зависимости от длины волны.

Это объяснение также объясняет, почему мы не можем видеть ультрафиолетовый свет. Вот график зависимости всех длин волн, которые мы могли видеть, от того, сколько их можно передать по воздуху.

По сути, наши глаза эволюционировали, чтобы видеть видимый свет, потому что это единственный свет, который мы можем видеть.

Горячие объекты, такие как люди и теплокровные животные, испускают ИК-излучение. Немногие существа обладают инфракрасным зрением, например, змеи. Примечательно, что змеи хладнокровны. ИК-зрение было бы полезно большинству существ в борьбе за выживание; с ИК-зрением можно было отличить (горячую) живность с камуфляжем от их фона и увидеть (горячую) живность ночью.

На пути развития ИК-зрения может быть много препятствий — вы должны подумать, могут ли чувствительные к ИК-излучению глаза эволюционировать постепенно, пошагово, с выгодой для себя. Однако, учитывая, что змеи обладают инфракрасным зрением, любые препятствия должны быть преодолимы.

Большая проблема, я думаю, в том, что люди теплокровны. Это означает, что голова за глазами и сами глаза (я предполагаю, что глаза также имеют температуру тела) излучают ИК-излучение. Этот фоновый шум может сделать невозможным использование глаза, чувствительного к инфракрасному излучению. Это все равно, что пытаться читать книгу, пока кто-то светит вам в глаза ярким факелом.

Мы могли бы обойти это, если бы у нас были глаза вне нашего тела, как странные антенны, путем разработки своего рода очков, которые преобразуют ИК-излучение в видимый свет перед нашим глазом, или, может быть, были бы чем-то вроде экрана позади нашего глаза. ИК-чувствительные клетки. Я думаю, что эти вещи, вероятно, достаточно «непреодолимо сложны», чтобы сделать их очень трудными для эволюции.

Это может быть проблемой только для ИК-излучения определенных длин волн, подобных температуре человеческого тела. Возможно, мы могли бы увидеть другие длины волн в ИК-диапазоне. Однако, поскольку температура большинства теплокровных животных близка к температуре человека,$\sim37^\circ$, не было бы никакого преимущества в том, чтобы видеть такие длины волн, поэтому неудивительно, что мы не развили эту адаптацию.

Человеческий глаз действительно не способен воспринимать такой свет(*). Сетчатка, которая в основном покрывает более половины внутренней стенки глаза, имеет 3 различных типа колбочек (которые являются фоторецепторами, то есть клетками, которые будут передавать электрический сигнал зрительному нерву, если они возбуждаются воспринимаемым светом), которые чувствительны только к видимому свету. Причина, по которой они чувствительны только к видимому свету, заключается в том, что колбочки имеют размер и белки , которые делают их хорошо подходящими для поглощения только видимого света, а не УФ, инфракрасного и другого электромагнитного излучения других длин волн.

Видимый свет соответствует части электромагнитного спектра в диапазоне примерно от 400 нм (фиолетовый) до 700 нм (красный). С другой стороны, инфракрасный диапазон соответствует длинам волн от 700 нм до 1 мм.

(*) примечание: реальная история немного сложнее, по-видимому, человеческий глаз может обнаружить инфракрасный лазер с длиной волны излучения 1064 нм, но он кажется либо красным, либо зеленым из-за какого-то сложного процесса, происходящего на сетчатке.

Посмотрите на спектр Планка для черного тела с температурой нашего Солнца (примерно 6000 Кельвинов). Вот ссылка на один.

http://www.physics.usyd.edu.au/~sflammia/Courses/StatMech2014/advanced/2/blackbody.jpg

Насколько я понимаю, причина, по которой мы не можем видеть за пределами видимого диапазона, заключается в том, что наши глаза эволюционировали, чтобы соответствовать спектру нашего солнца. Так, например, в солнечных системах с гораздо более горячими звездами, где пик спектра черного тела находится в ультрафиолетовом диапазоне, можно предположить, что жизнь, развивающаяся вокруг такой звезды, скорее всего, будет находиться в ультрафиолетовом диапазоне.

По той же причине мы не можем вилять хвостом

Спросите его: «Вы можете помахать рукой?»

Ответ: "Да вот так!"

Спросите его в ответ: «Ты можешь вилять хвостом?»

Ответ: «Нет».

Спросите: «Почему ты можешь махать рукой, но не виляешь хвостом?»

Ответ: «Потому что у меня есть рука, чтобы махать, но нет хвоста, чтобы вилять».

То же самое с инфракрасным светом и видимым светом: мы можем видеть видимый свет, потому что у нас есть вещи (колбочки и палочки), необходимые для его наблюдения. Но мы не можем видеть инфракрасный свет, потому что нам не дали ничего, чтобы его видеть.

— Но почему нам этого не дали?

«По той же причине нам не дали хвоста: его просто не было».

Если он будет настаивать на этом, вам придется начать объяснять эволюцию. Мутации и изменения происходят случайным образом, и если изменение полезно для нас таким образом, что делает нас более приспособленными, то это изменение сохраняется и в конечном итоге становится более выраженным. Так что этой мутации как-то либо никогда не было, либо она была и просто не очень полезная и исчезла.

... что касается нашего хвоста, который у нас есть. У наших предков был хвост, и у нас, людей, он тоже есть в утробе матери. Но хвост у взрослого человека со временем исчез, потому что в нем не было необходимости.

Я наткнулся на эту тему, когда искал источник, в котором я однажды прочитал, что опсины эволюционировали, чтобы обнаруживать свет от УФ (у насекомых) до красной части спектра из-за природы света. Дело не только в том, что это совпадает с чистым изобилием фотонов, но и с энергиями, которые они несут. Короткие волны могут быть вредными, и для организма, который достигает половой зрелости около 13 лет и должен воспитывать своих детенышей в течение по крайней мере нескольких лет, эффект будет таким, что мы ослепнем и у нас возникнут трудности с продолжением нашей линии. У насекомых нет этих проблем, так как они живут короче. Таким образом, устанавливается полезный нижний предел. С увеличением длины волны энергия фотонов падает. В диапазоне около 700 нм она становится настолько низкой,

У ультрафиолетовых фотонов слишком много энергии, а у инфракрасных слишком мало, чтобы достаточно хорошо построенная молекула опсина могла их эффективно обнаружить.

ИК хорошо отражает сильный свет для живых существ (теплокровных существ), слабость в том, что дневной свет становится настолько ярким, что мне нужно носить темные солнцезащитные очки. Я живу на линии экватора, где много солнечного света. →. Но я больше не вижу ИК, потому что мои глаза нормально заживали. Мои глаза теперь в порядке после лечения и в течение определенного периода времени. Я больше не вижу ИК. Спасибо за чтение. Я надеюсь, что это небольшая помощь.