人的眼睛，為什麼看不見紫外線？
― 視網膜明明感覺得到，卻被前方的水晶體吸收了
紫外線是強到足以曬傷皮膚的光。即便如此，人的眼睛卻完全看不見它。其實，眼睛深處的感光細胞確實有一點感應紫外線的能力。看不見的原因，是在它前方的透明水晶體，不讓紫外線通過，而是把它擋了下來。
陰天出門玩了一天，到了傍晚卻發現手臂曬紅了。明明幾乎沒有感覺到刺眼。
庭院裡的花，蜜蜂總是直直地飛過去。據說在蜂的眼中，花瓣上有人類看不見的紫外線花紋。
明明照到的是同樣的光，卻只有人類看不見。那麼，紫外線究竟是在哪裡被擋下來的呢？
看不見的原因，有兩個
眼睛裡負責對焦的水晶體，可以讓可見光通過。但紫外線幾乎無法穿透。由於到不了視網膜，所以看不見。
紫外線是每一個光粒子能量都很大的光。人的眼睛是要長期使用的器官，一般認為演化上選擇了保護深處視網膜的方向。
也就是說，不是「感覺不到」，而是「刻意不讓它到達」。接下來依序來看。
紫外線在眼睛的哪裡被擋下來
光會穿過眼睛表面的透明薄膜（角膜），再通過水晶體，抵達深處的視網膜。視網膜上排列著感光細胞。只有到達這裡的光，才算是「看得見」。
請看圖1。波長特別短的紫外線，幾乎在最前面的角膜就被吸收掉。波長稍長一點的紫外線，就算穿過角膜，也會在接下來的水晶體被擋下。成人的眼睛中，大部分紫外線據說就是在這裡被擋住的。
有趣的是，視網膜這一側其實還殘留著一點感應紫外線的能力。據說負責感應藍色的細胞，反應範圍可以延伸到接近紫外線的入口附近。真正擋下紫外線的，終究是前方的水晶體。
摘除水晶體後，竟然看得見紫外線
證實這一點的，是1940年代美國研究者喬治・沃爾德（George Wald）。他讓因白內障手術而摘除水晶體的人，觀看波長一點一點改變的光。
結果發現，一般人完全看不見的部分紫外線，這些人卻能感覺到是朦朧的青紫色光。這清楚證明了看不見的原因並不在視網膜，而是在水晶體。
畫家莫內晚年曾接受白內障手術。有一種說法認為，他之後畫作中青紫色變多，或許正是因為他能看見部分紫外線。不過，已經沒有辦法檢查本人的眼睛，所以這點並未獲得證實。
蜜蜂和許多鳥類，都擁有能感應紫外線的細胞。北極圈的馴鹿，由於水晶體能讓紫外線通過，一般認為牠們更容易分辨雪地上吸收紫外線的地衣，以及和白雪融為一體的毛皮之間的差異。在光線稀少的極地冬天，能多利用一點光，或許十分重要。
為什麼要特地擋下來
請看圖1下方的數字。波長愈短，單一光粒子所攜帶的能量就愈大。紫外線的粒子，比可見光中的綠光還要強上五成以上。
視網膜的細胞一生幾乎不會更新。若幾十年間持續照射強能量的粒子，傷害會不斷累積。一般認為，由前方的水晶體接下這些能量，正是為了保護重要的視網膜。
另一個理由與對焦有關。波長愈短的光，在水晶體中折射角度愈大。如果連紫外線也一併接收，就會和其他顏色的對焦位置產生偏差，讓影像變得模糊。有一種看法認為，這對需要辨識細節的人眼來說並不利。
水晶體會隨著年齡增長，逐漸帶上一點黃色。如此一來，不只紫外線，連藍光也會變得不容易通過。一般認為，這正是年長者容易分不清藍色與深藍色的原因。相反地，兒童的水晶體透明，據說能讓比成人更多的紫外線通過。
總結
人的視網膜，其實有一點感應紫外線的能力。即便如此，紫外線依然看不見，是因為前方的水晶體把它擋下，不讓它抵達深處。看不見，並不代表紫外線很弱。正因為它很強，眼睛才不讓它通過。即使是陰天或雪地上，就算感覺不到刺眼，紫外線其實仍照射著。
看不見紫外線，不是因為眼睛遲鈍。
而是為了保護視網膜，不受過強光線的傷害。
關於星星的顏色在眼中消失的故事，請見〈星星明明有顏色，為什麼夜空中的星星看起來幾乎都是白色？〉；在暗處眼睛逐漸適應的機制，請見〈從明亮的地方進入暗房間，為什麼會有一陣子什麼都看不見？〉。
- 在晴天，把一張白紙和一件白色襯衫（用洗衣精洗過的）並排放在陽光下。襯衫有時會看起來帶著淡藍色的光澤。這是因為洗衣精中的成分，把看不見的紫外線轉換成了藍光。
- 拿會因紫外線而變色的珠子（在雜貨店等地方有售），比較室內和陽光下的差異。確認即使是陰天，顏色也會改變。
- 把珠子蓋上太陽眼鏡或窗玻璃後放在陽光下，觀察顏色變化方式的不同。
※請勿直視太陽。正因為看不見紫外線，眼睛才無法察覺它的強度。
想了解更多的人 ― 用語・公式・與教科書的連結從國中理科到大學專業科目，清楚標示這是哪個程度的內容
- 國中國中理科學習範圍
- 高中高中「物理」「生物」學習範圍
- 高中＋高中延伸內容，或教科書專欄程度的內容
- 大學高中不會學到，屬於大學專業科目（視覺生理學・光化學）的內容
- 研究即使在大學也不會當作「定論」教授，是研究者目前仍在探究中的內容
國中用語：這個現象是有名稱的
- 可見光：人眼看得見的光。波長大約在400〜780奈米範圍內。
- 紫外線：波長比紫光更短、肉眼看不見的光。到達地面的主要是紫外線A與紫外線B。
- 水晶體：眼睛中負責對焦的透明鏡片。會吸收大部分的紫外線。
- 無水晶體眼：因手術等原因摘除水晶體的眼睛。據報告能感應到部分紫外線。
國中高中用公式驗證：紫外線的粒子，比綠光強幾倍？
光的行為，可以視為能量粒子（光子）的集合。我們來比較可見光中的綠光，和紫外線，單一粒子的能量各是多少。
| 以符號表示 | E ＝ h × c ÷ λ |
| 以文字表示 | 單一光粒子的能量 ＝ 普朗克常數 × 光速 ÷ 波長 |
| 公式的由來 | 光粒子的能量與頻率成正比，這是普朗克與愛因斯坦建立的關係。頻率等於光速除以波長，因此波長愈短，粒子能量愈大 |
| E | 單一光粒子的能量（單位為電子伏特） |
| h | 普朗克常數 |
| c | 光速 |
| λ | 光的波長（單位為奈米） |
| h 與 c 的乘積（以電子伏特與奈米為單位） | 約 1240 |
| 綠光的波長 | 550 奈米 |
| 被水晶體擋下的紫外線A波長範例 | 350 奈米 |
| 可見光與紫外線的分界 | 約 400 奈米 |
| 綠光的單一粒子 | 1240 ÷ 550 ≒ 2.25 電子伏特 |
| 分界點（400奈米）的單一粒子 | 1240 ÷ 400 ＝ 3.1 電子伏特 |
| 紫外線（350奈米）的單一粒子 | 1240 ÷ 350 ≒ 3.54 電子伏特 |
| 紫外線是綠光的幾倍 | 3.54 ÷ 2.25 ≒ 1.57 倍 |
紫外線的單一粒子，攜帶的能量大約是綠光的1.6倍。一般認為，要切斷分子間的鍵結，往往需要大約3電子伏特前後的能量。紫外線正好是超過這條界線的光。從數字上也能看出，在視網膜前方把它擋下的意義所在。
高中高中＋波長與顏色，以及眼睛的構造
高中光是電磁波的一種，顏色由波長決定。視網膜的錐狀細胞中，有三種分別對紅、綠、藍光反應較強的類型。一般認為，負責藍色的錐狀細胞，感應範圍可延伸到接近紫外線的分界附近。
高中＋由於折射率會隨波長而變，水晶體對每種顏色的對焦位置都會有所偏差，這稱為色差。波長愈短，偏差愈大，一般認為若連紫外線也一併接收，影像模糊的程度會增加。
大學光粒子與保護眼睛的機制
單一光子的能量，以普朗克・愛因斯坦關係式表示。紫外線會直接破壞分子，或引發產生活性氧的光化學反應。一般認為，水晶體含有吸收紫外線的物質，可防止視網膜受到光化學性損傷。另一方面，長期照射紫外線的水晶體蛋白質容易變性，被認為是白內障的成因之一。
📖 公式推導與更進一步的內容：光子（維基百科，日文版） ／ 紫外線（維基百科，日文版）
研究尚未完全釐清的事
- 人類的祖先是否看得見紫外線。 一般認為許多哺乳類的祖先擁有能感應紫外線的細胞，目前正在研究人類這一支系統是從何時、又為何變得看不見的。
- 馴鹿的眼睛會不會受傷。 能讓紫外線通過的馴鹿眼睛，在反射強烈的雪原上，究竟是如何保護視網膜的，目前仍不十分清楚。
- 更換水晶體後的視覺狀況。 大多數人工水晶體會擋下紫外線，但裝入可讓紫外線通過的人工水晶體的人，其視覺狀況與長期影響，目前仍在研究中。
也就是說，本文的內容也只是「目前已知範圍內的說明」。尤其「為什麼會演化成擋下紫外線」這一點，目前仍處於有力假說的階段。
與教科書的連結（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文位置 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科「光的性質」「眼睛的構造」 | 角膜・水晶體・視網膜的作用 |
| 高中 | 物理「電磁波」／生物「視覺」 | 波長與顏色、錐狀細胞 |
| 高中＋ | 物理「透鏡與色差」 | 對焦偏差的討論 |
| 大學 | 光化學・視覺生理學 | 光子能量與視網膜損傷 |
| 研究 | 視覺的演化 | 祖先的紫外線視覺、馴鹿的眼睛 |
| ― | 與生活的連結 | 陰天或雪地的紫外線防護、能擋下紫外線的太陽眼鏡 |
※本文為大眾導向的科學解說。文中數值僅為幫助理解原理的參考估算值。吸收的波長分界，會因年齡與個人差異而有所不同。若感覺眼睛有異狀，請就醫諮詢眼科。