Око людини має дуже хорошу чутливість, але чи здатні ми побачити один фотон? Відповідь - так. Чутливі клітини сітківки можуть реагувати на поодинокі фотони. Однак нейронний фільтр передає мозку сигнал, який ми можемо усвідомити, тільки якщо протягом 100 мс отримано приблизно 5-9 фотонів. Обмеження чутливості - це не дефект зору, а необхідна адаптація. Якби ми бачили кожен фотон, то в темряві було б занадто багато візуального шуму.
Деякі вважають, що один фотон все ж можна побачити, і наводять той факт, що можна побачити слабкі спалахи, наприклад, від радіоактивних речовин. Це не доказ - такі спалахи виробляються великим числом фотонів. Астрономи любителі думають, що чутливість зору можна визначити по найслабшим зіркам, видимим неозброєним оком. Це теж невірно. Видимість зірок обмежена фоновим світлом неба, а не чутливістю зору. Щоб виміряти чутливість зору, потрібен більш акуратний експеримент.
Сітківка ока людини має два типи рецепторів - колбочки і палички. Колбочки відповідають за кольоровий зір, але вони набагато менш чутливі до слабкого світла, ніж палички. При яскравому світлі колбочки активні, а зіниця звужена. Цей режим зору називається фотопіческого або колбочковой зором. Коли ми входимо в темне приміщення, спочатку очі адаптуються шляхом розширення зіниці, щоб отримати більше світла. Протягом наступних 30 хвилин відбувається хімічна адаптація, яка збільшує чутливість паличок до світла до величини приблизно в 10000 разів більше, ніж у колбочок. Після цього ми бачимо в темряві набагато краще, але дуже погано розрізняємо кольору. Це зір називається скотопіческое або палочковиє.
Активна речовина паличок - светопоглощающую пігмент родопсин. Єдиний фотон може бути поглинений однією молекулою родопсину, яка змінює форму і хімічно запускає сигнал, який передається в очний нерв. Вітамін А-альдегід теж є светопоглощающую пігментом. Один із симптомів дефіциту вітаміну А полягає в нічний сліпоти через погіршення скотопіческого зору.
Можна виміряти чутливість зору за допомогою дуже слабкого джерела світла в темній кімнаті. Такий експеримент вперше успішно виконали Хехт, Шлер і Пірен (S. Hecht, S. Schlaer, M.H. Pirenne) в 1942 році. Вони встановили, що при скотопіческое зорі палички можуть реагувати на поодинокі фотони.
В цьому експерименті випробувані спочатку 30 хвилин звикали до темряви. Джерело слабкого світла розміщували на 20 градусів лівіше точки фіксації погляду. При такому розміщенні світло потрапляє в область сітківки, де щільність паличок максимальна. Джерело світла був диск розміром 10 кутових хвилин. Він випромінював слабкі спалахи зеленого світла (510нм) тривалістю 1 мілісекунда. Піддослідні мали відповісти "так" або "ні" на питання "чи помітили вони спалах". Інтенсивність світла поступово зменшували до тих пір, поки випробувані не починали відповідати, намагаючись "вгадати" відповідь.
Виявилося, що для отримання 60% правильних відповідей потрібно, щоб в око потрапляло приблизно 90 фотонів. З усіх фотонів, що потрапляють в око, тільки 10% досягають сітківки. Тому для сприйняття світла потрібно приблизно 9 фотонів. Зображення джерела світла на сітківці покривало приблизно 350 паличок. Таким чином, експериментатори статистично встановили, що паличка здатна реагувати на поодинокі фотони, навіть якщо випробуваний не бачить цих фотонів, так як вони потрапляють на сітківку занадто рідко.
У 1979 році Бейлор, Лемб і Яу (D.A.Baylor, T.D.Lamb, K.W.Yau) підключили до електродів палички сітківки жаби. Так в прямому експерименті було показано, що палички реагують на поодинокі фотони.