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趣味物理学
1.11.23 9.23 光渗现象
9.23 光渗现象

从远处观看图9-17,请你告诉我,下面的黑点与上面任何一个黑点之间的距离可以放下几个同样大小的黑点?是四个呢?还是五个?也许你会说,放四个的话,可以还有余地,放五个呢,可能又放不下。

如果我告诉你,它们之间的空隙只能放三个黑点,你也许不会相信吧。那好,请你找一把圆规或有刻度的直尺亲自测量一下,就会证实我的话。

图9-17 图中下面的黑点与上面任一个黑点之间的空隙看起来都要比上面两黑点的外缘边距大,实际上它们是相等的

一般地说,在我们眼里,长度相同的黑白两条线段,黑色的看上去总会比白色的要短一些,这个错觉就是“光渗现象”。之所以会产生这个现象,主要是我们眼睛的功能还不足够完善所致。如果以光学仪器的标准来要求我们的眼睛,那么我们的眼睛在有些方面就很不合格。光线经过眼球里面的介质折射到视网膜后,其成像与校准精良的照相机在毛玻璃上成的像相比,清晰度要差许多。正是由于成像的效果差,就会在你的光亮的轮廓外面又会镶上一层亮边,结果会使轮廓在视网膜里放大,而黑色的部分呢,就没有那层亮边,因而在我们视觉里,黑色的部分看起来就会比光亮的部分小。

德国大诗人歌德是一个自然现象观察者,很热衷于精细地观察各种自然现象,当然他并不是一个能深入研究问题的理论物理学家。他曾在“论颜色的科学”一篇文章里,写过这样一段话:

大小、形状完全相同的物体,表面颜色深的看起来会比颜色浅的要小。我们在黑色背景里画一个白圆点,再在白色背景里画一个同样大小的黑圆点,将两者放在一起比较的话,白圆点比黑的要显得大五分之一。只有适当地放大黑圆点,放在一起的两种颜色的圆点才看起来一样大。我们看一弯新月时,如果运气好也会看到它的阴影部分,我们会发现明亮的新月所在圆的直径看起来要比阴影部分的更大一些。穿深色衣服的人显然要比他穿鲜艳的衣服时瘦。站在门框后面,去看门框里面的一只正燃着的灯,会发现紧贴灯的门框好像缺了一片。而放在蜡烛之前的尺子,正对着烛光的部分,会出现明显的凹陷缺口。太阳东升和西坠之时,地平线看上去好像塌陷了一样。

不能说歌德的这些观察十分正确,只能说基本上正确,唯一不能认同的是,白色圆点比黑色圆点大五分之一。据我们现在所知,随着两个圆点的距离的增加,这个差数也会增加。我们下面就讲讲这是怎么一回事。

如果你把图9-17再移远些,你会发现,你所犯的错误更大,你甚至认为它们之间能放七八个黑色的圆点呢。之所以会如此,是因为物体在我们视网膜成像后,光亮部分所镶的那层亮边的厚度是不变的,我们假设没移动前,亮边厚度与物体本身长度的比值是,那么当物体移远了,它的像随之会变小,如此一来,这个比值可能会达到了。

利用我们眼睛的这种错觉,我们可以解释图9-18的怪现象。如果你在近处看这张图,你会看到黑色背景上有许多白色的圆斑。可是你慢慢远离这张图,退到2~3步远,如果视力好,可退得更远,退到6~8步远,这时再看此图时,白色的圆斑变成了像蜂窝一样的白色的六角形了。

有人仍然利用光渗现象来解释这个错觉。可是我们知道,光渗透现象只能把黑色圆点缩小,不能将其放大,而图9-19上白底上的黑点如果从远处看,它们一样也会成蜂窝状的六边形。因而这个解释还不能令人十分满意。可以这么说,对视觉产生错觉的所有理论,还没有十分完备,许多现象还没有找到很合理的解释,也许正等着你去找寻。

图9-18 从比较远的地方看,原本圆的白斑点变成了六角形的了

图9-19 从远处看,原本黑色的斑点也变成了六角形的了