Новый физический фейерверк - Джирл Уокер

ОТВЕТ • По-видимому, инстинкт выживания заставил организм выработать реакцию зрительной системы на каждое движение, которое замечает любой глаз, и сигнал об этом движении передается в мозг. Обычно движение фиксируется обоими глазами, и изображения в нормальном состоянии совмещаются. Но если с помощью зеркала один глаз видит сильно отличающуюся картину (ненормальное состояние), концентрация на картине, в которой происходит движение, мешает тому, чтобы вся вторая картина или ее часть достигли сознания. Если бы ваши глаза располагались по разные стороны головы (как у некоторых рыб) и поля зрения не перекрывались бы, эта иллюзия была бы более обычным делом.

Закройте левый глаз, смотрите правым глазом прямо перед собой, отведите вытянутую левую руку с поднятым вверх большим пальцем влево. Теперь ведите эту руку назад вправо до тех пор, пока палец не окажется в поле зрения, после чего скосите правый глаз в сторону этого пальца. Палец, скорее всего, исчезнет. Он виден, когда вы смотрите прямо перед собой, но не виден, когда пытаетесь посмотреть прямо на него. Почему палец «исчезает»?

ОТВЕТ • Чтобы увидеть какой-то объект, хоть какая-то часть света от этого объекта должна пройти через зрачок. Если вы будете смотреть прямо перед собой и, как это описывалось выше, повернете руку так, что палец покажется в поле зрения, свет от него на пути к открытому правому глазу частично попадет в зрачок. Но когда вы скосите глаз в направлении пальца, открытая часть глаза попадет в тень от носа и свет от пальца не сможет попасть в глазное отверстие, поскольку на его пути возникнет препятствие в виде носа. Этот эффект прозвали рино-оптическим, поскольку греческое слово «рино» в переводе означает нос. Этот эффект не смогут наблюдать обладатели маленького носа.

Нос, лоб и щеки всегда заслоняют глазу часть вида. Однако мозг собирает всю доступную информацию вокруг линии вашего прямого взгляда и подавляет отсутствующие части общей картины, находящиеся вне прямой видимости.

Торн Шипли из Медицинской школы Университета Майами описал новую оптическую иллюзию. Во время полета в самолете на большой высоте он заметил два слоя облаков. Один слой, казавшийся ему более удаленным, быстро двигался назад. Другой был как будто привязан к самолету и следовал точно за ним. Спустя некоторое время Шипли увидел далеко внизу океан, и сразу облачные слои поменялись местами и удаленный слой стал казаться ему неподвижным. Какое восприятие расстояния и движения относительно самолета было правильным?

В фильме «Желтая подводная лодка» (в основу которого положена одноименная песня группы «Битлз») персонаж фильма Синяя Вреднючка претерпевает значительные трансформации. Будучи далеко, она большая и свирепая, а по мере приближения — уменьшается и становится менее устрашающей. Что странного в этом преображении?

ОТВЕТ • Один слой облаков находился дальше и поэтому казался Шипли неподвижным, а тот, что был ближе, казался движущимся в его поле зрения из-за движения самолета относительно этого слоя. Поскольку сначала в поле зрения Шипли не было других подсказок относительно расстояния до облаков и характера их движения, неподвижность первого слоя была истолкована как свидетельство того, что он привязан к самолету и, следовательно, находится рядом. (Такое ощущение называется визуальным захватом, и его можно наблюдать из окна поезда, идущего мимо леса.) Другой слой казался совершенно независимым от самолета и поэтому удаленным. И только когда Шипли увидел поверхность океана, появилось достаточно указаний на реальные расстояния до облаков и их движение, и иллюзия исчезла. Аналогичный эффект может возникнуть, когда вы из окна поезда наблюдаете деревья на разных расстояниях.

Персонаж Синяя Вреднючка кажется странным, поскольку, когда она далеко, то в поле зрения она должна иметь маленький угловой размер, а когда приближается — большой. Кроме того, по психологическим соображениям, более близкие объекты должны казаться более страшными, чем более далекие. А с нарисованной Синей Вреднючкой в фильме все происходит как раз наоборот.

Установите маятник так, чтобы он качался поперек поля зрения, и закройте один глаз каким-нибудь темным фильтром (но не полностью непрозрачным, стекло от темных очков подойдет). Хотя маятник качается в вертикальной плоскости, вам покажется, что его конец движется по эллипсу. Кажущаяся глубина траектории движения еще возрастет, если в поле вашего зрения появится какой-либо подвешенный вертикально предмет (например, стержень или веревка) или если вы замените фильтр на более темный. Если фильтром закрыть левый глаз, кажется, что маятник вращается по часовой стрелке (при виде сверху), но направление вращения меняется, если фильтр переместить на правый глаз.

Если же вы подвешиваете два маятника рядом, их движение становится немного более запутанным. Кажется, что один из них вращается вокруг другого, так что веревки, на которых они висят, должны бы переплестись, но они, конечно, этого не делают.

Если вы закроете один глаз темным фильтром и поедете так в автомобиле, скорость, с которой окружающие предметы мелькают за окнами, будет казаться разной: объекты с одной стороны будут двигаться мимо вас слишком медленно, а с другой — слишком быстро. И расстояния до объектов окажутся измененными.

Почему с темным фильтром на одном глазу вы неправильно оцениваете реальную скорость и расстояние до объекта?

ОТВЕТ • Уменьшение светового потока в глазу, закрытом темным фильтром, замедляет прохождение сигнала, поступающего из глаза в мозг (эта задержка называется визуальной латентностью, или торможением). Таким образом, невооруженный глаз видит маятник в настоящем его положении, а глаз, прикрытый фильтром, видит маятник в его предыдущем положении. Ваш мозг объединяет два этих изображения, и вы видите маятник либо ближе, либо дальше, чем он есть на самом деле. Хотя в действительности конец маятника рисует прямую линию, ваш мозг делает это движение объемным, и вам кажется, что он очерчивает эллипс.

Например, представьте себе, что левый глаз прикрыт фильтром, а маятник движется вправо (рис. 7.4а). Тогда положение маятника, изображение которого получено с задержкой, будет лежать слева от реального положения маятника. А когда мозг совместит изображения от двух глаз, вам будет казаться, что маятник от вас дальше, чем на самом деле. Потом маятник движется влево, и положение маятника, полученное с запозданием, будет справа по отношению к реальному положению (рис. 7.4б). В этом случае будет казаться, что маятник ближе к вам, чем на самом деле.

Рис. 7.4 / Задачи 7.23 и 7.30. Иллюзия Палфрича с маятником, качнувшимся вправо (а) и влево (б).

Вид из движущейся машины тоже будет искаженным из-за визуальной латентности. Допустим, темный фильтр закрывает ваш левый глаз, а смотрите вы на объекты, расположенные по правому боку машины. Разница между истинным положением объекта, которое фиксирует правый глаз, и положением, которое он занимал чуть ранее (которое видит левый глаз), приводит к тому, что вам кажется, что объект дальше от машины, чем на самом деле. Поскольку время, за которое этот объект проносится у вас перед глазами, не меняется, вы заключаете, что кажущиеся более удаленными объекты движутся быстрее. С другой стороны машины из-за визуальной латентности предметы кажутся расположенными ближе, чем на самом деле, и, соответственно, кажутся движущимися медленнее.