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高铁告诉你:眼见不一定为实

来源:科普中国-科学原理一点通 2017-12-20     

  乘过高铁列车的人都会有这样的感觉:从车窗向外看到的列车,速度没有我们站在车外铁道边上看到的那么快。这是怎么一回事呢?

  视觉误差让高铁看上去更快

  这是由于人眼的视觉误差而造成的,具体来说,可以用以下几点来解释:首先,高速列车的车窗的材质是减速玻璃,减速玻璃实际上是一种两层钢化玻璃夹一层PVB胶片制成的“三明治玻璃”。它表面均匀平整,不会发生光线的畸变,透光率比较好,当光线穿过减速玻璃后光线会变得很柔和,让我们感觉不到玻璃的存在,这种玻璃对外界情景的反映比较真实。普通玻璃一般厚度不均匀、表面也不太平整,所以很容易产生光畸变,这样,透过普通玻璃观看运动的物体,会随机叠加一个快速“运动”分量,看起来就会比实际运行速度要快。其次,高铁路面一般都会比地面高很多,这样从高铁车窗在外看景物的时候没有妨碍视线的障碍物,这样看到的大多是远处的景物,所以就感觉高铁运行的比实际速度要慢。再次,高速列车行驶的比较平稳,乘客一般不会晕车或者晃眼,同时,高铁的车窗很宽大,视野也就会更加开阔,乘客坐在车上可以持续观看车窗外的景物,这也会让人们感觉列车行驶的速度没有那么快。

  俗话说:“耳听为虚,眼见为实”。但是眼睛看见的就一定是事物的本身吗?事实仿佛并不如此。在日常生活中,我们经常用来表明某件事是真实的一句话是:这是我亲眼看到的!但其实我们忽略了视觉错觉的存在。

  视觉错觉产生的原因,除了来自客观刺激本身特点的影响外,观察者生理上和心理上的因素也有影响。它的机制目前还没有完全弄清。我们感觉器官的机构和特性以及我们生存的条件以及生活的经验都和视觉错觉有着紧密的关系。

  

  停靠在高铁站的高铁

  实验告诉你:眼见真的为实吗?

  美国范德比尔特大学的科学家托马斯·詹姆斯和他的同事通过两个实验证实了视觉误差的存在。

  第一个实验

  托马斯·詹姆斯和他的同事让接受实验的志愿者观看计算机屏幕上的球。这个球是由很多的点构成的,这些点有的向左转动有的向右转动,这样一来看到球的志愿者们觉得球在也在相应的方向上转动。托马斯·詹姆斯和他的同事让志愿者说出球的转动方向,结果选定向左或向右的人各占一半。这在实验者们的预料之中,因为那些点向左或向右转动同样的时间。然后,科学家让接受实验的志愿者在观看屏幕的同时,手中还触摸一个向左或向右转动的球,这个球是用聚苯乙烯泡沫塑料做成的,他们希望人的触觉能够影响大脑的判断。但结果是,只有65%的志愿者表示他看的球他触摸的球转动方向是一致的,这就表示触觉并没有多大的影响。

  第二个实验

  他们让接受实验的志愿者们闭上一只眼睛来观看转动着的球。由于只用一只眼,志愿者们不太确定球转动的方向,但是他们又让志愿者触摸转动的球,结果只有正确说出了球的转动方向的志愿者只有70%,剩余的30%依然被错误的视觉信息误导了。托马斯·詹姆斯等人从实验中得出结论:大脑判断主要是以视觉观察结果为依据的。人的大脑是把通过视觉和触觉所获得的信息而是分开进行处理的,而且更相信视觉信息,虽然触觉信息有时候更可靠。

  

  让人崩溃的视觉误差图

  魔术:利用视觉误差制造出视觉盛宴

  有一个名叫“人体腾空”的魔术曾经在法国巴黎举行的世界魔术锦标赛进行演出,演出过程中,魔术师故意把燃烧着的火盆设置在幽深的舞台两侧,熊熊的烈火升起,显得耀人眼目,柔和的舞台灯光打在女演员美丽的身姿上,在用这两个点紧紧地吸引住观众的视线之后,魔术师巧妙地把撑持女演员的黑色支架隐蔽在黑沉沉的帷幕之中,让人看不见它的存在。从视觉效果上看,演员就好像是从地面慢慢地腾空而起,在舞台的上方悬浮。

  在变这个魔术的过程中,魔术师采用了转移观众视线的方法,另外,还利用了人眼分辨物体靠反差和彩色不同的原理。比如,黑色物体在背景中不易被发现。美国魔术师大卫·科波菲尔表演过的著名的魔术“自由女神的消失”、机场上“飞机的消失”等,也是根据这一光学原理获得成功的。

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  作者: 科学原理一点通

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