Текст статьи Косоуров Г. И. Не верь глазам своим... // Квант. — 1970. — № 10. — С. 28—31.
Для человека зрение — основной источник информации об окружающем его мире. Мы привыкли абсолютно доверять глазам. Слова «не поверил глазам своим» означают крайнюю степень удивления. В привычных условиях такое доверие вполне оправдано. Глаза вместе с соответствующими отделами мозга составляют тончайший аналитический аппарат, безотказно служащий нам в самых разнообразных условиях: при ярком солнечном свете и когда света совсем мало, в покое и при быстром движении. Изображение, которое получается на сетчатке глаза, представляется нам лишённым каких-либо недостатков. Оно вполне резкое, перспектива правильная, прямые линии представляются прямыми, вокруг предметов нет радужной окраски — хроматической аберрации. Не следует думать, что наш глаз действительно является идеальным инструментом.
Объективные исследования показывают, что глазу свойственны все недостатки линз. Но наше сознание из несовершенного изображения на сетчатке глаза воссоздаёт правильное представление об окружающем нас пространстве.
Приведём такой пример. Человек, у которого появилась близорукость, впервые надел очки. Первое время он видит перспективу сильно искажённой. Прямые линии представляются ему искривлёнными, плоскости — кривыми и покатыми. Иногда это вызывает даже лёгкое головокружение. Но проходит некоторое время, и человек сквозь очки начинает правильно воспринимать и перспективу, и прямолинейность. Мир снова предстаёт перед его взором в правильном, неискажённом виде, хотя изображение на сетчатке по-прежнему искажено.
В необычных условиях, когда глаза получают противоречивую информацию, когда велики контрасты, когда правильная оценка расстояний, размеров, соотношений затруднена или когда отдельные участки сетчатки утомлены продолжительным воздействием какого-либо раздражителя, наше сознание начинает ошибаться. Возникают различные обманы зрения. Вы, безусловно, сами не раз встречались с различными примерами таких любопытных иллюзий. Мы приведём описание нескольких опытов, показывающих, как ошибаются наши глаза. Делаем мы это не с целью подорвать ваше доверие к зрению, а для того, чтобы показать, какую большую роль в формировании образов играет синтетическая работа мозга.
Для первого опыта, который обычно выдают за доказательство того, что на сетчатке, как и в фотоаппарате, получается перевёрнутое изображение, необходимы два кусочка картона, например две открытки. В одной из них проколите толстой иглой отверстие около 0,5 мм и держите его перед глазом на расстоянии 2–3 см, глядя на освещённый пейзаж, светлое небо или лампу. Краем второй открытки перекрывайте постепенно зрачок перед самым глазом, вдвигая открытку снизу. В поле зрения глаза вы увидите тень края открытки, опускающуюся сверху.
Разберём оптическую схему этого опыта подробнее. Пока перед глазом нет открытки с отверстием, все точки поля зрения посылают в глаз лучи через весь зрачок (рис. 1, а), и от каждой точки зрачка свет распределяется по всей сетчатке (рис. 1, б). Если поставить перед глазом открытку с отверстием, каждая точка поля зрения будет изображаться лучами, проходящими через небольшую часть зрачка. Верхние точки поля зрения изобразятся лучами, проходящими через нижнюю часть зрачка, нижние точки — через верхнюю. Закрывая краем открытки нижнюю часть зрачка, мы затеняем верхнюю часть поля зрения и видим край открытки, опускающийся сверху. Легко понять, что этот эффектный опыт никак не зависит от хода лучей в глазу и не может служить доказательством перевёрнутости изображения на сетчатке. Поле зрения уже сформировано до зрачка. В этом легко убедиться, поместив на место глаза матовое стекло.
Второй опыт показывает, как справляется зрение с противоречивой информацией. Сверните из листа бумаги трубку диаметром около 2 см и смотрите через неё одним глазом на расположенные впереди предметы. Перед вторым глазом поместите ладонь руки, держа её на расстоянии 10–15 см перед лицом, вплотную к трубке. Вы отчётливо увидите дыру в вашей ладони, сквозь которую видны окружающие предметы. Изображение средней части ладони полностью подавлено изображением, которое видит глаз через трубку.
Более тонкий опыт с разной информацией для правого и левого глаза можно провести так. Подвесьте на белой нитке какой-нибудь небольшой светлый предмет. Раскачав получившийся маятник в одной плоскости, смотрите на него с расстояния 2–3 м. Поместите перед одним глазом светофильтр средней плотности любого цвета. Вы увидите, что маятник колеблется не в одной плоскости, а как бы описывает эллипс. Переместите светофильтр к другому глазу, и направление движения маятника по эллипсу изменится на обратное.
Следующий опыт изображён на рисунках 2, a и 2, б. На рисунке 2, a показана известная иллюзия излома прямой, пересекающей чёрную полосу. Но мало кто знает, что достаточно дополнить рисунок лебёдкой и поднимаемым грузом (рис. 2, б), подсказав тем самым сознанию, что прямая — это натянутый трос, и иллюзия излома исчезнет.
Последний опыт связан с ситуацией, когда для интерпретации образа сознанию предоставляется возможность выбора. На рис. 3 даны две фотографии части лунного пейзажа в районе Моря Дождей и горного хребта Апеннин. На одной из них вы видите лунные кольцевые горы, а на другой видны кольцевые овраги, рельеф вывернулся. Переверните журнал, и обращение рельефа произойдёт на другой фотографии. Обратите внимание, что эти фотографии совершенно одинаковы, но одна из них перевёрнута.
Эффект обращения рельефа часто возникает при наблюдении Луны в телескоп. Космонавты, побывавшие на Луне, столкнулись с реальной трудностью правильного восприятия местности, лишённой воздушной перспективы в условиях большой контрастности пейзажа. Эффекты обращения направления движения можно наблюдать, глядя на силуэт вращающейся антенны радиолокатора. Вам будет казаться, что антенна в некоторые моменты внезапно меняет направление вращения. Раньше это явление рекомендовалось наблюдать на силуэте ветряной мельницы.
Много различных интересных иллюзий связано с восприятием цвета. Об этом мы поговорим в следующий раз. Обманы зрения — это не просто занятные фокусы. Изучение работы зрительного аппарата в необычных условиях позволяет глубже познать сложные процессы, происходящие в глазу и в нашем сознании при синтезе образов окружающей нас действительности.
Тем, кто захочет более подробно познакомиться с опытами по физиологической оптике, можно рекомендовать недавно переведённую книгу Дж. Грегга «Опыты со зрением» (издательство «Мир», Москва, 1970 г.). В этой книге дано описание большого количества элементарных опытов по исследованию работы глаза. Все они вполне доступны школьникам, и бо́льшая часть их весьма поучительна. Следует только предупредить читателя, что в тех местах, где автор касается физической оптики, язык книги становится весьма далёким от научного.
В библиотеке вы, вероятно, найдёте также книгу Минарта «Свет и цвет в природе» (издательство «Наука», Москва, 1969 г.) и книгу Артамонова «Иллюзия зрения» (издательство «Наука», Москва, 1969 г.).