科學新知/高鐵告訴你:眼見不一定為實

乘過高鐵列車的人都會有這樣的感覺:從車窗向外看到的列車,速度沒有我們站在車外鐵道邊上看到的那麼快。這是怎麼一回事呢?

視覺誤差讓高鐵看上去更快

這是由於人眼的視覺誤差而造成的,具體來說,可以用以下幾點來解釋:首先,高速列車的車窗的材質是減速玻璃,減速玻璃實際上是一種兩層鋼化玻璃夾一層PVB膠片制成的「三明治玻璃」。它表面均勻平整,不會發生光線的畸變,透光率比較好,當光線穿過減速玻璃後光線會變得很柔和,讓我們感覺不到玻璃的存在,這種玻璃對外界情景的反映比較真實。普通玻璃一般厚度不均勻、表面也不太平整,所以很容易產生光畸變,這樣,透過普通玻璃觀看運動的物體,會隨機曡加一個快速「運動」分量,看起來就會比實際執行速度要快。其次,高鐵路面一般都會比地面高很多,這樣從高鐵車窗在外看景物的時候沒有妨礙視線的障礙物,這樣看到的大多是遠處的景物,所以就感覺高鐵執行的比實際速度要慢。再次,高速列車行駛的比較平穩,乘客一般不會暈車或者晃眼,同時,高鐵的車窗很寬大,視野也就會更加開闊,乘客坐在車上可以持續觀看車窗外的景物,這也會讓人們感覺列車行駛的速度沒有那麼快。

俗話說:「耳聽為虛,眼見為實」。但是眼睛看見的就一定是事物的本身嗎?事實仿佛並不如此。在日常生活中,我們經常用來表明某件事是真實的一句話是:這是我親眼看到的!但其實我們忽略了視覺錯覺的存在。

視覺錯覺產生的原因,除了來自客觀刺激本身特點的影嚮外,觀察者生理上和心理上的因素也有影嚮。它的機制目前還沒有完全弄清。我們感覺器官的機構和特性以及我們生存的條件以及生活的經驗都和視覺錯覺有著緊密的關系。

停靠在高鐵站的高鐵

實驗告訴你:眼見真的為實嗎?

美國範德比爾特大學的科學家托馬斯·詹姆斯和他的同事通過兩個實驗證實了視覺誤差的存在。

第一個實驗

托馬斯·詹姆斯和他的同事讓接受實驗的志願者觀看計算機屏幕上的球。這個球是由很多的點構成的,這些點有的向左轉動有的向右轉動,這樣一來看到球的志願者們覺得球在也在相應的方向上轉動。托馬斯·詹姆斯和他的同事讓志願者說出球的轉動方向,結果選定向左或向右的人各占一半。這在實驗者們的預料之中,因為那些點向左或向右轉動同樣的時間。然後,科學家讓接受實驗的志願者在觀看屏幕的同時,手中還觸摸一個向左或向右轉動的球,這個球是用聚苯乙烯泡沫塑料做成的,他們希望人的觸覺能夠影嚮大腦的判斷。但結果是,只有65%的志願者表示他看的球他觸摸的球轉動方向是一致的,這就表示觸覺並沒有多大的影嚮。

第二個實驗

他們讓接受實驗的志願者們閉上一只眼睛來觀看轉動著的球。由於只用一只眼,志願者們不太確定球轉動的方向,但是他們又讓志願者觸摸轉動的球,結果只有正確說出了球的轉動方向的志願者只有70%,剩餘的30%依然被錯誤的視覺資訊誤導了。托馬斯·詹姆斯等人從實驗中得出結論:大腦判斷主要是以視覺觀察結果為依據的。人的大腦是把通過視覺和觸覺所獲得的資訊而是分開進行處理的,而且更相信視覺資訊,雖然觸覺資訊有時候更可靠。

讓人崩潰的視覺誤差圖

魔術:利用視覺誤差制造出視覺盛宴

有一個名叫「人體騰空」的魔術曾經在法國巴黎舉行的世界魔術錦標賽進行演出,演出過程中,魔術師故意把燃燒著的火盆設定在幽深的舞臺兩側,熊熊的烈火升起,顯得燿人眼目,柔和的舞臺燈光打在女演員美麗的身姿上,在用這兩個點緊緊地吸引住觀眾的視線之後,魔術師巧妙地把撐持女演員的黑色支架隱蔽在黑沉沉的帷幕之中,讓人看不見它的存在。從視覺效果上看,演員就好像是從地面慢慢地騰空而起,在舞臺的上方懸浮。

在變這個魔術的過程中,魔術師採用了轉移觀眾視線的方法,另外,還利用了人眼分辨物體靠反差和彩色不同的原理。比如,黑色物體在背景中不易被發現。美國魔術師大衞·科波菲爾表演過的著名的魔術「自由女神的消失」、機場上「飛機的消失」等,也是根據這一光學原理獲得成功的。