sci_medicine science И. Д. Артамонов Иллюзии зрения

Глаз человека — этот самый точный и наиболее чувствительный орган наших ощущений — способен ошибаться.

В жизни встречается множество иллюзий (ошибок) зрения. Некоторые из них нам нежелательны, и мы ведем с ними борьбу; иные воспринимаем как забавные, а некоторые применяем с пользой для себя.

Об этом в популярной форме и рассказывает предлагаемая книга.

ru
FB Editor v2.0 26 August 2011 F1C6A52A-64AC-436D-BEA0-8AD49C8A1E87 1.0

1.0 — создание fb2 из djv — Bykaed

"Наука" Москва 1964

Артамонов И.Д

"ИЛЛЮЗИИ ЗРЕНИЯ"

Введение

Существуют две точки зрения на несовершенство нашего зрительного аппарата.

Одна из них — идеалистическая, стремящаяся сделать вывод о невозможности познания объективного мира и о полном недоверии к нашим органам чувств вследствие отклонений чувственно воспринимаемых нами зрительных образов от реальности.

Другая — материалистическая, утверждающая, что наши чувственные восприятия лишь одна, первая, но не самая главная ступень познания. За чувственными восприятиями следует мышление, обобщающее и перерабатывающее данные ощущения. Основная ступень в процессе познания — это практика, или общественно-исторический опыт, позволяющий нам устанавливать объективные законы внешнего мира и углублять наши познания.

«От живого созерцания, — говорит Ленин, — к абстрактному мышлению и от него к практике — таков диалектический путь познания истины, познания объективной реальности».[1]

Крупнейший немецкий физиолог XIX века Г. Гельмгольц справедливо указал на оптические несовершенства нашего глаза, говоря: «Если бы оптик захотел продать мне инструмент, обладающий поименованными недостатками, то я в сильнейших выражениях высказал бы неодобрение его работе и возвратил бы ее обратно». Однако он же выдвинул и чисто идеалистическое положение о роли ощущений в процессе познания: «Я обозначил ощущения как символы внешних явлений и отверг за ними всякую аналогию с вещами, которые они представляют».

Ф. Энгельс, критикуя точку зрения Гельмгольца, указывал, что «…специальное устройство человеческого глаза не является абсолютной границей для человеческого познания. К нашему глазу присоединяются не только еще другие чувства, но и деятельность нашего мышления».[2]

Еще полнее и отчетливее материалистическое понимание роли ощущений в процессе познания изложено В. И. Лениным в книге «Материализм и эмпириокритицизм»: «Бесспорно, что изображение никогда не может всецело сравниться с моделью, но одно дело изображение, другое дело символ, условный знак. Изображение необходимо, неизбежно предполагает объективную реальность того, что «отображается». «Условный знак», символ, иероглиф суть понятия, вносящие совершенно ненужный элемент агностицизма».[3] В. И. Ленин говорит, что отображение есть приблизительное, но «произвольным» его назвать нельзя, ибо наши ощущения отражают, копируют, фотографируют объективную реальность.

Тот факт, что огромное большинство людей получают иногда одинаковые ошибочные зрительные впечатления, говорит об объективности нашего зрения и о том, что оно, дополняемое мышлением и практикой, дает нам относительно точные сведения о предметах внешнего мира. Тот же факт, что разные люди в процессе зрительного восприятия обладают различной способностью ошибаться, иногда видят в предметах то, чего не замечают другие, говорит о субъективности наших зрительных ощущений и об их относительности.

Говоря в общем о причинах зрительных иллюзий (ошибок, обманов), следует, во-первых, указать, что иногда они появляются вследствие специально созданных, особых условий наблюдения, например: наблюдение одним глазом, наблюдение при неподвижных осях глаз, наблюдение через щель и т. п. Такие иллюзии исчезают при устранении необычных условий наблюдения.

Во-вторых, подавляющее большинство иллюзий зрения возникает не из-за оптических несовершенств глаза, а из-за ложного суждения о видимом, поэтому можно считать, что обман здесь наступает при осмысливании зрительного образа. Такие иллюзии исчезают при изменении условий наблюдения, при выполнении простейших сравнительных измерений, при исключении некоторых факторов, мешающих правильному восприятию.

Наконец, известен ряд иллюзий, обусловленных и оптическим несовершенством глаза, и некоторыми особыми свойствами различных анализаторов, участвующих в зрительном процессе (сетчатка, рефлексы нервов).

Возможны некоторые искажения зрительных ощущений в результате близорукости, дальнозоркости, дальтонизма и других дефектов зрительного аппарата, не характерных для большинства людей. Восприятие помещенного в книге материала людьми с разными зрительными способностями может не соответствовать изложению полностью, поскольку изложение в основном рассчитано на читателей с нормальным зрением.

Мы не рассматриваем при этом оптические фокусы и загадочные привидения, создаваемые при помощи зеркал, проекционных аппаратов и других технических устройств в театрах, кино и цирках, а также интересные оптические явления, иногда наблюдаемые в природе (миражи, гало, венцы). Появление последних обусловлено оптическими свойствами земной атмосферы. Во всех этих случаях наш глаз ошибается потому, что его умышленно обманывают или при помощи технических приспособлений, или за счет особого состояния среды между глазом и объектом наблюдения. В эту группу мы не включаем обманы зрения, возникающие у некоторых людей в сумерках и темноте, когда недостаточное освещение затрудняет работу глаз и создает особое настроение.

Марксистско-ленинский диалектический метод познания учит нас рассматривать недостатки зрительных ощущений в связи с положительным значением зрения в процессе познания, в связи с огромным многообразием явлений внешнего мира, воспринимаемых нашим зрением.

Оказывается, устранение некоторых недостатков нашего зрительного аппарата привело бы к целому ряду новых, еще более разительных иллюзий. Блестящее подтверждение этого положения мы находим в работах по эволюции зрения и по сравнительной физиологии зрения человека и животных, птиц, насекомых.

Исследования И. П. Павлова показали, что собаки обладают способностью различать ничтожные колебания яркости, но цветовое зрение у собак существует лишь в зачаточной форме, а у многих из них и совсем отсутствует.

Острота зрения у многих птиц больше, чем у человека, но известно, что животные, обладающие высокой остротой зрения, страдают ночной слепотой, а животные с хорошо развитым сумеречным зрением низкой остротой зрения.

Таким образом, зрение человека — замечательный дар природы, ему мы обязаны познанием многих явлений окружающего нас мира; оно по сумме своих качеств превосходит зрение других живых организмов, а присущие ему недостатки противоречиво обращаются в преимущества.

В настоящей книге описываются иллюзии (обманы, ошибки) зрения, возникающие благодаря особым оптическим свойствам нашего глаза, некоторым свойствам его сетчатки и определенной последовательности процесса зрительного восприятия. Описываются также случаи неточного (кажущегося) зрительного восприятия, обусловленные некоторыми геометрическими особенностями рассматриваемых объектов и возникающие часто из-за того, что заданы особые условия наблюдения. Речь здесь идет об иллюзиях зрения, связанных с устройством глаза, психологией и физиологией зрения. Многие иллюзии возникают независимо от сознания, самопроизвольно; зато и обнаруживаются очень просто при изменении условий наблюдения или при помощи весьма простых приспособлений.

Задача этой книги состоит не только в простом показе зрительных иллюзий, но и в объяснении их на основе известных в настоящее время сведений о зрительном аппарате человека и в указании способов исключения иллюзий при изменении внешних условий наблюдения.

Все иллюзии классифицированы по группам так, что в одной группе находятся ошибки, обусловленные одним и тем же свойством нашего органа зрения или одним и тем же, выработанным практикой, приемом зрительного восприятия. Это позволило для каждой группы иллюзий привести, возможно и неисчерпывающие, объяснения причин их появления.

Приведенные здесь иллюзии могут встретиться в практике работы архитекторов и художников, работников театра и кино, оформителей книг и светотехников, конструкторов и астрономов и работников других специальностей.

1. Краткие сведения об устройстве глаза и зрительных ощущениях

Глаз человека представляет собой почти шарообразное тело, которое покоится в костной черепной полости, открытой с одной стороны. На рис. 1 изображен разрез глазного яблока и показаны основные детали глаза.

Рис. 1. Схематический разрез глаза человека.

Основная часть глазного яблока с внешней стороны ограничена трехслойной оболочкой. Внешняя твердая оболочка называется склерой (по-гречески — твердость) или белковой оболочкой. Она охватывает со всех сторон внутреннее содержание глаза и непрозрачна на всем своем протяжении за исключением передней части. Здесь склера выдается вперед, совершенно прозрачна и носит название роговой оболочки.

К склере примыкает сосудистая оболочка, переполненная кровеносными сосудами. В передней части глаза, там, где склера переходит в роговую оболочку, сосудистая оболочка утолщается, отходит под углом от склеры и направляется к середине передней камеры, образуя поперечную радужную оболочку.

Если задняя сторона радужной оболочки окрашена только в черный цвет, глаза кажутся синими, чернота просвечивает через кожицу синеватым отливом подобно жилам на руках. Если бывают еще другие цветные включения, что зависит и от количества черного цветного вещества, то глаз нам кажется зеленоватым, серым и карим и т. д. Когда в радужной оболочке нет никакого цветного вещества (как, например, у белых кроликов), то она нам кажется красной от крови, заключенной в пронизывающих ее кровеносных сосудах. В этом случае глаза плохо защищены от света — они страдают светобоязнью (альбинизмом), но в темноте превосходят по остроте зрения глаза с темной окраской.

Радужная оболочка отделяет передний выпуклый сегмент глаза от его остальной части и имеет отверстие, называемое зрачком. Сам зрачок глаза черен по той же причине, что и окна соседнего дома при дневном освещении, которые кажутся нам черными, потому что прошедший через них снаружи свет почти не выходит обратно. Зрачок пропускает внутрь глаза в каждом отдельном случае определенное количество света. Зрачок увеличивается и уменьшается независимо от нашей воли, но в зависимости от условий освещения. Явление приспособления глаза к яркости поля зрения называется адаптацией. Однако основную роль в процессе адаптации играет не зрачок, а сетчатка.

Сетчаткой называется третья, внутренняя оболочка, представляющая собой свето- и цветочувствительный слой.

Несмотря на незначительную толщину, она имеет очень сложную и многослойную структуру. Светочувствительная часть сетчатки состоит из нервных элементов, заключенных в особую поддерживающую их ткань.

Светочувствительность сетчатки не на всем ее протяжении одинакова. В части ее, расположенной против зрачка и несколько выше зрительного нерва, она обладает наибольшей чувствительностью, но ближе к зрачку она становится все менее и менее чувствительной и, наконец, сразу обращается в тонкую оболочку, прикрывающую внутреннюю часть радужной оболочки. Сетчатка представляет собой разветвления по дну глаза нервных волокон, которые затем сплетаются между собой и образуют зрительный нерв, который сообщается с головным мозгом человека.

Существуют два вида окончаний нервных волокон, выстилающих сетчатку: одни, имеющие вид стебелька и относительно длинные, называются палочками, другие, более короткие и более толстые, называются колбочками. Около 130 миллионов палочек и 7 миллионов колбочек насчитывают на сетчатке. Как палочки, так и колбочки очень малы и видны только при увеличении в 150–200 раз под микроскопом: толщина палочек около 2 микрон (0,002 мм), а колбочек 6–7 микрон. В наиболее чувствительном к свету месте сетчатки против зрачка расположены почти одни колбочки, плотность их здесь достигает 100 000 на 1 мм2, причем каждые два-три светочувствительных элемента соединены непосредственно с нервными волокнами. Здесь находится так называемая центральная ямка диаметром 0,4 мм. Вследствие этого глаз обладает способностью различать мельчайшие детали лишь только в центре поля зрения, ограничиваемом углом в 1°,3. Так, например, опытные шлифовщики различают просветы в 0,6 микрона, тогда как обычно человек способен заметить просвет в 10 микрон.

Ближайшая к центральной ямке область, так называемое желтое пятно, имеет угловое протяжение 6–8°.

Палочки расположены в пределах всей сетчатки, причем наибольшая концентрация их наблюдается в зоне, смещенной на 10–12° от центра. Здесь на одно волокно зрительного нерва приходится несколько десятков и даже сотен палочек. Периферическая часть сетчатой оболочки служит для общей зрительной ориентировки в пространстве. При помощи специального глазного зеркала, предложенного Г. Гельмгольцем, можно видеть на сетчатке второе пятно, имеющее белую окраску. Это пятно расположено на месте ствола зрительного нерва, и так как здесь уже нет ни колбочек, ни палочек, то этот участок сетчатки не чувствителен к свету и называется поэтому слепым пятном. Слепое пятно сетчатки имеет диаметр 1,88 мм, что соответствует 6° по углу зрения. Это значит, что человек с расстояния 1 м может не видеть предмета, имеющего диаметр около 10 см, если изображение этого предмета проектируется на слепое пятно. Палочки и колбочки различаются по своим функциям: палочки обладают большой чувствительностью, но не «различают» цветов и являются аппаратом сумеречного зрения, т. е. зрения при слабом освещении; колбочки чувствительны к цветам, но зато менее светочувствительны и поэтому являются аппаратом дневного зрения.

У многих животных за сетчаткой находится тонкий мерцающий зеркальный слой, усиливающий действие попадающего в глаз света путем отражения. Глаза таких животных блестят в темноте как раскаленные уголья. Речь идет не о полной темноте, где это явление, конечно, наблюдаться не будет.

Адаптация зрения является сложным процессом переключения глаза с работы колбочковым аппаратом на палочковый (темновая адаптация) или наоборот (световая адаптация). При этом до сих пор остаются неизвестными процессы изменения концентрации светочувствительных элементов в клетках сетчатки, когда чувствительность ее повышается при темновой адаптации в десятки тысяч раз, а также и прочие изменения свойств сетчатки в различных фазах адаптации. Фактические данные процесса адаптации определены достаточно строго и могут быть здесь приведены. Так, в процессе темновой адаптации чувствительность глаза к свету сначала быстро повышается, и это продолжается около 25–40 минут, причем время зависит от уровня начальной адаптации. При длительном пребывании в темноте чувствительность глаза к свету повышается в 50 000 раз и достигает абсолютного светового порога.

Выражая абсолютный порог в люксах освещенности на зрачке, получают в среднем величину порядка 10-9 люкс.

Это значит, грубо говоря, что в условиях полной темноты наблюдатель смог бы заметить свет от одной стеариновой свечи, удаленной от него на расстоянии 30 км. Чем выше яркость начального поля адаптации, тем медленнее приспосабливается глаз к темноте, и в этих случаях пользуются понятием относительных порогов чувствительности.

При обратном переходе от темноты к свету процесс адаптации до восстановления некоторой «постоянной» чувствительности длится всего лишь 5–8 минут, и чувствительность изменяется всего лишь в 20–40 раз. Таким образом, адаптация — это не просто изменение диаметра зрачка, но и сложные процессы на сетчатке и в связанных с нею через зрительный нерв участках коры головного мозга.

Сразу же за зрачком глаза расположено совершенно прозрачное, эластичное тело, заключенное в особую сумку, прикрепленную к радужной оболочке системой мышечных волокон. Это тело имеет форму собирательной двояковыпуклой линзы и носит название хрусталика. Назначение хрусталика состоит в том, чтобы преломлять световые лучи и давать на сетчатке глаза ясное и отчетливое изображение предметов, находящихся в поле зрения.

Следует заметить, что в образовании изображения на сетчатке кроме хрусталика принимает участие и роговица, и внутренние полости глаза, заполненные средами с показателями преломления, отличающимися от единицы.

Преломляющая способность всего глаза в целом, а также отдельных частей его оптической системы зависит от радиусов ограничивающих их поверхностей, от показателей преломления веществ и взаимного расстояния между ними. Все эти величины для разных глаз имеют различные значения, поэтому и оптические данные разных глаз различны. В связи с этим вводится понятие схематического или приведенного (редуцированного) глаза, у которого: радиус кривизны преломляющей поверхности 5,73 мм, показатель преломления 1,336, длина глаза 22,78 мм, переднее фокусное расстояние 17,054 мм, заднее фокусное расстояние 22,78 мм.

Хрусталик глаза образует на сетчатке (так же как объектив фотоаппарата на матовой пластинке) перевернутое изображение тех предметов, на которые мы смотрим. В этом легко убедиться. Возьмем кусок плотной бумаги или почтовую открытку и проколем в ней булавкой маленькое отверстие. Затем поставим булавку головкой вверх на расстояние 2–3 см от глаза и будем смотреть этим глазом через отверстие в бумаге, поставленной на расстояние 4–5 см, на яркое дневное небо или на лампу в молочной колбе. Если подобраны благоприятные для данного глаза расстояния между глазом и булавкой, булавкой и бумагой, то в светлом отверстии мы будем видеть то, что изображено на рис. 2.

Рис. 2

Тень булавки на сетчатке будет прямой, но изображение булавки нам будет казаться перевернутым. Любое перемещение булавки в стороны будет восприниматься нами как перемещение ее изображения в обратном направлении. Очертание булавочной головки, не очень четкое, будет казаться при этом находящимся по ту сторону листка бумаги.

Тот же опыт можно проделать иным способом. Если в куске плотной бумаги проколоть три отверстия, расположенные в вершинах равностороннего треугольника со сторонами, приблизительно равными 1,5–2 мм, и затем расположить, так же как и ранее, булавку и бумагу перед глазом, то будут видны три обратных изображения булавки.

Эти три изображения образуются благодаря тому, что лучи света, проходящие через каждое из отверстий, не пересекаются, так как отверстия находятся в передней фокальной плоскости хрусталика. Каждый пучок дает прямую тень на сетчатке, и каждая тень воспринимается нами как перевернутое изображение.

Если приставить к глазу бумагу с тремя отверстиями, а к источнику света — бумагу с одним отверстием, то наш глаз будет видеть обращенный треугольник. Все это убедительно доказывает, что наш глаз все предметы воспринимает в прямом виде потому, что рассудок переворачивает их изображения, получающиеся на сетчатке.

Еще в начале 20-х годов американец А. Стрэттон и в 1961 г. профессор Калифорнийского института доктор Ирвин Муд поставили на себе интересный эксперимент. В частности, И. Муд надел плотно прилегающие к лицу специальные очки, через которые видел все так, как на матовом стекле фотоаппарата. Восемь дней он, проходя несколько десятков шагов, ощущал симптомы морской болезни, путал левую сторону с правой, верх и низ. А потом, хотя очки по-прежнему были перед глазами, снова увидел все таким, каким видят все люди. Ученый снова обрел свободу движений и способность к быстрой ориентировке.

В своих очках он проехал на мотоцикле по самым оживленным улицам Лос-Анжелоса, водил автомобиль, пилотировал самолет. А затем Муд снял очки — и мир вокруг него опять «перевернулся». Пришлось ждать еще несколько дней, пока все вошло в норму. Эксперимент еще раз подтвердил, что воспринимаемые зрением образы попадают в мозг не такими, какими их передает на сетчатку оптическая система глаза. Зрение — это сложный психологический процесс, зрительные впечатления согласуются с сигналами, получаемыми другими органами чувств.

Требуется время, прежде чем вся эта сложная система настроится и начнет функционировать нормально. Именно такой процесс происходит с новорожденными, которые первое время видят все перевернутым и лишь спустя некоторое время начинают воспринимать зрительные ощущения правильно.

Поскольку сетчатка не является плоским экраном, а имеет скорее сферическую форму, то и изображение на ней не будет плоским. Однако и этого мы не замечаем в процессе зрительного восприятия, так как наш рассудок способствует тому, чтобы мы воспринимали предметы такими, какие они есть в действительности.

Сумка, в которой укреплен хрусталик, представляет собой кольцеобразную мышцу. Эта мышца может находиться в состоянии натяжения, что заставляет хрусталик принимать наименее искривленную форму. Когда натяжение этой мышцы уменьшается, хрусталик под действием упругих сил увеличивает свою кривизну. Когда хрусталик растянут, он дает на сетчатке глаза резкое изображение предметов, находящихся на больших расстояниях; когда же он не растянут и кривизна его поверхностей велика, то на сетчатой оболочке глаза получается резкое изображение близких предметов. Изменение кривизны хрусталика и приспособление глаза к отчетливому восприятию далеких и близких предметов представляет собой еще одно весьма важное свойство глаза, которое называется аккомодацией.

Явление аккомодации легко наблюдать следующим образом: будем смотреть одним глазом вдоль натянутой длинной нити. При этом, желая видеть близкие и дальние участки нити, мы будем менять кривизну поверхностей хрусталика. Заметим, что на расстоянии до 4 см от глаза нить вообще не видна; только начиная с 10–15 см мы ее видим четко и хорошо. Это расстояние различно для людей молодых и старых, для близоруких и дальнозорких, причем для первых оно меньше, а для вторых больше. Наконец, наиболее удаленная от нас часть нити, видимая четко при данных условиях, будет также различно удалена для этих людей. Близорукие люди не будут видеть нить далее 3 м.

Оказывается, например, что для рассматривания одного и того же печатного текста у различных людей будут различные расстояния наилучшего видения. Расстояние наилучшего видения, на котором нормальный глаз испытывает наименьшее напряжение при рассматривании деталей предмета, составляет 25–30 см.

Пространство между роговицей и хрусталиком известно под названием передней камеры глаза. Эта камера заполнена студенистой прозрачной жидкостью. Вся внутренность глаза между хрусталиком и глазным нервом заполнена несколько иного рода стекловидным телом. Являясь средой прозрачной и преломляющей, это стекловидное тело в то же время способствует сохранению формы глазного яблока.

В заключении к своей книге «О летающих тарелках» американский астроном Д. Мензел пишет: «Во всяком случае помните, что летающие тарелки: 1) действительно существуют; 2) их видели; 3) но они совсем не то, за что их принимают».

В книге описаны многие факты, когда наблюдатели видели летающие тарелки или подобные им необычные светящиеся предметы, и приведено несколько исчерпывающих объяснений различных оптических явлений в атмосфере.

Одним из возможных объяснений появления в поле зрения светящихся или темных предметов могут быть так называемые энтоптические[4] явления в глазу, заключающиеся в следующем.

Иногда, устремляя взгляд на яркое дневное небо или на освещенный солнцем чистый снег, мы видим одним глазом или двумя маленькие темные кружочки, которые опускаются вниз. Это не обман зрения и не какой-либо недостаток глаза. Небольшие включения в стекловидное тело глаза (например, крошечные сгустки крови, попавшие туда из кровеносных сосудов сетчатки) при фиксации взгляда на очень светлый фон отбрасывают тени на сетчатку глаза и становятся ощутимыми. Каждое движение глаза как бы подбрасывает эти мельчайшие частички, а потом они под действием силы тяжести опускаются.

Предметы самого различного вида, например пылинки, могут находиться на поверхности нашего глаза. Если такая пылинка попадет на зрачок и будет озарена ярким светом, она покажется большим светлым шаром с неясными очертаниями. Ее можно принять за летающую тарелку, и это уж будет иллюзия зрения.

Подвижность глаза обеспечивается действием шести мышц, прикрепленных, с одной стороны, к глазному яблоку, а с другой — к глазной орбите.

Когда человек рассматривает, не поворачивая головы, неподвижные предметы, расположенные в одной фронтальной плоскости, то глаза или остаются неподвижными (фиксированными) или быстро меняют точки фиксации скачками. А. Л. Ярбусом разработана точная методика определения последовательных перемещений глаза при рассматривании различных предметов. В результате опытов установлено, что глаза остаются неподвижными 97 % времени, но зато время, затраченное на каждый акт фиксации, мало (0,2–0,3 сек), и в течение одной минуты глаза могут менять точки фиксации до 120 раз. Интересно, что у всех людей продолжительность скачков (для одних и тех же углов) совпадает с изумительной точностью: ±0,005 сек.

Продолжительность скачка не зависит от попыток наблюдателя «совершить» скачок побыстрее или помедленнее.

Она зависит только от величины угла, на который совершается скачок. Скачки обоих глаз совершаются синхронно.

Когда человек «плавно» обводит взором какую-нибудь неподвижную фигуру (например, круг), ему кажется, что глаза движутся непрерывно. В действительности же и в этом случае движение глаз скачкообразно, причем величина скачков очень мала.

При чтении глаз читающего останавливается не на каждой букве, а только на одной из четырех—шести, и, несмотря на это, мы понимаем смысл прочитанного.

Очевидно, при этом используется заранее накопленный опыт и сокровища зрительной памяти.

При наблюдении движущегося объекта процесс фиксации происходит при скачкообразном перемещении глаз, с той же результирующей угловой скоростью, с которой движется и объект наблюдения; при этом изображение объекта на сетчатке остается относительно неподвижным.

Укажем вкратце на другие свойства глаза, которые имеют отношение к нашей теме.

На сетчатой оболочке глаза получается изображение рассматриваемых предметов, причем всегда предмет нам виден на том или ином фоне. Это означает, что некоторая часть светочувствительных элементов сетчатки раздражается световым потоком, распределенным по поверхности изображения предмета, а окружающие светочувствительные элементы раздражаются потоком от фона. Способность глаз обнаруживать рассматриваемый объект по его контрасту с фоном называется контрастной чувствительностью глаза. Отношение разности яркостей предмета и фона к яркости фона называется контрастом яркости. Контраст увеличивается, когда при неизменной яркости фона увеличивается яркость объекта или при неизменной яркости объекта уменьшается яркость фона.

Способность глаза различать форму предмета или его детали называют остротой различения. Если изображение двух близких точек на сетчатой оболочке глаза возбудит соседние светочувствительные элементы (причем если разность яркостей этих элементов выше пороговой разности яркостей), то эти две точки видны раздельно. Наименьший размер видимого предмета определяется наименьшим размером его изображения на сетчатке глаза. Для нормального глаза этот размер равен 3,6 микрона. Такое изображение получается от предмета размером 0,06 мм, расположенного на расстоянии 25 см от глаза.

Правильнее определить предел углом зрения; для указанного случая он составит 50 угловых минут. Для больших расстояний и ярко светящихся предметов предельный угол зрения уменьшается. Пороговой разностью яркостей в данных условиях мы называем наименьший перепад яркостей, воспринимаемый нашим глазом.

Практически глаз обнаруживает разность яркостей в 1,5–2 %, а в благоприятных условиях до 0,5–1 %. Однако пороговая разность яркостей сильно зависит от многих причин: от яркости, к которой глаз был предварительно приспособлен, от яркости фона, на котором будут видны сравниваемые поверхности. Замечено, что сравнивать темные поверхности лучше на фоне более темном, чем сравниваемые поверхности, а светлые поверхности, наоборот, — на более ярком фоне.

Источники света, находящиеся достаточно далеко от глаза, мы называем «точечными», хотя в природе светящихся точек не существует. Видя эти источники, мы ничего не можем сказать о их форме и диаметре, они нам кажутся лучистыми, как и далекие звезды. Эта иллюзия зрения обусловлена недостаточной остротой различения (разрешающей способностью) глаза.

Во-первых, вследствие неоднородности хрусталика лучи, проходящие через него, преломляются так, что звезды окружаются лучистым ореолом.

Во-вторых, изображение звезды на сетчатке настолько мало, что не перекрывает двух светочувствительных элементов, разделенных хотя бы одним нераздраженным элементом. Разрешающая способность глаза увеличивается при помощи оптических приборов наблюдения и, в частности, телескопов, через которые, например, все планеты видны нам как круглые тела.

Приведение осей обоих глаз в положение, необходимое для наилучшего восприятия расстояний, называется конвергенцией. Результат действия мышц, перемещающих глаз для лучшего видения близких и дальних предметов, можно наблюдать следующим образом. Если мы будем смотреть через сетку на окно, то неясные отверстия сетки будут нам казаться большими, а если же смотреть на карандаш перед этой сеткой, то отверстия сетки будут казаться значительно меньшими.

Точки сетчаток двух глаз, обладающие тем свойством, что раздражающий объект виден нам находящимся в одной точке пространства, называются корреспондирующими.

Благодаря тому, что два наших глаза находятся на некотором расстоянии и их оптические оси скрещиваются определенным образом, изображения предметов на разных (не корреспондирующих) участках сетчаток получаются тем более отличными одно от другого, чем ближе к нам находится рассматриваемый предмет. Автоматически, как нам кажется, как бы без участия сознания, мы учитываем эти особенности изображений на сетчатках, и по ним не только судим об удаленности предмета, но и воспринимаем рельеф и перспективу. Эта способность нашего зрения называется стереоскопическим эффектом (греческое стерео — объем, телесность). Нетрудно понять, что наш мозг при этом так же выполняет определенную работу, как и при переворачивании изображения предмета на сетчатке.

Наш орган зрения обладает еще весьма замечательным свойством: он различает огромное многообразие цветов предметов. Современная теория цветового зрения объясняет эту способность глаза наличием на сетчатой оболочке трех видов первичных аппаратов.

Видимый свет (волны электромагнитных колебаний длиною от 0,38 до 0,78 мк) возбуждает эти аппараты в разной степени. Опытом установлено, что колбочковый аппарат обладает наибольшей чувствительностью к желто-зеленым излучениям (длина волны 0,555 мк). В условиях же действия сумеречного (палочкового) аппарата зрения максимум чувствительности глаза смещается в сторону более коротких волн фиолетово-синего участка спектра на 0,45—0,50 мк. Эти возбуждения первичных аппаратов сетчатки обобщаются корой головного мозга, и мы воспринимаем определенный цвет видимых предметов.

Все цвета принято делить на хроматические и ахроматические. Каждый хроматический цвет имеет цветовой тон, чистоту цвета и яркость (красный, желтый, зеленый и т. д.). Ахроматические цвета в сплошном спектре отсутствуют — они бесцветны и отличаются друг от друга только яркостью. Эти цвета образуются благодаря избирательному отражению или пропусканию дневного света (белый, все серые и черный цвет). Текстильщики, например, способны различать до 100 оттенков черного цвета.

Таким образом, зрительные ощущения позволяют нам судить о цвете и яркости предметов, о их размерах и форме, о их движении и взаимном расположении в пространстве. Следовательно, и восприятие пространства является в основном функцией зрения.

В этой связи уместно остановиться еще на одном способе определения взаимного расположения предметов в пространстве — на способе зрительного параллакса.

Расстояние до предмета оценивают или по тому углу, под которым виден этот предмет, зная угловые размеры других видимых предметов, или пользуясь стереоскопической способностью зрения, которая и создает впечатление рельефности. Оказывается, что на удалении, большем 2,6 км, рельеф уже не воспринимается. Наконец, расстояние до предмета оценивается просто степенью изменения аккомодации или путем наблюдения положения этого предмета по отношению к положению других предметов, находящихся на известных нам расстояниях.

При ложном представлении о размере предмета можно допустить большую ошибку в определении расстояния до него. Оценка расстояния с помощью обоих глаз значительно точнее, чем при помощи одного глаза. Один глаз оказывается полезнее, чем два при определении направления на предмет, например при прицеливании. Когда глаз рассматривает не предмет, а изображение, полученное с помощью линз или зеркал, то все указанные выше способы определения расстояния до предмета иногда оказываются неудобными, а то и вовсе непригодными.

Как правило, размеры изображения совершенно не совпадают с размерами самого предмета, поэтому ясно, что мы не можем судить о расстоянии по видимым размерам изображения. При этом очень трудно отделить изображение от самого предмета, и это обстоятельство может явиться причиной очень сильного оптического обмана.

Например, предмет, рассматриваемый через вогнутые чечевицы, кажется находящимся от нас на гораздо большем расстоянии, чем в действительности, ибо его видимые размеры меньше истинных. Эта иллюзия настолько сильна, что она более чем нейтрализует определение расстояния, к которому нас приводит аккомодация глаза. Поэтому нам остается прибегнуть только к единственному способу, при помощи которого мы можем, без всяких приборов, судить о расстоянии до предмета, а именно, к определению положения данного предмета по отношению к другим предметам. Этот метод и именуется методом параллакса. Если наблюдатель встанет перед окном (рис. 3), а между окном и наблюдателем будет находиться какой-нибудь предмет, скажем штатив на столе, и если, далее, наблюдатель передвинется, например влево, то он увидит, что штатив как бы передвинулся вдоль окна вправо. С другой стороны, если наблюдатель взглянет через окно на какой-нибудь предмет, скажем на ветви деревьев, и передвинется в том же направлении, то и предмет за окном передвинется туда же. Заменяя окно линзой и наблюдая через линзу изображение печатного текста, можно определить, где находится это изображение: если за линзой, то оно будет перемещаться при перемещении глаза в ту же сторону, что и глаз. Если же изображение ближе к глазу, чем линза, то оно будет перемещаться в направлении, обратном перемещению глаза.

Рис. 3. Явление параллакса. При движении наблюдателя вправо С и D перемещаются вдоль окна влево (причем С перемещается меньше, чем D). Одновременно ветки дерева за окном (А и В) перемещаются вдоль окна вправо (причем дальняя ветка передвинется вправо больше, чем ближняя).

Акт зрительного восприятия рассматривается теперь как сложная цепь различных процессов и превращений, еще до сих пор недостаточно изученных и понятых. За сложным фотохимическим процессом в сетчатой оболочке глаза следуют нервные возбуждения волокон зрительного нерва, которые затем передаются коре головного мозга.

Наконец, в пределах коры головного мозга происходит оформление зрительных восприятий; здесь они, возможно, взаимосвязываются с другими нашими ощущениями и контролируются на основании заранее приобретенного нами опыта, и только после этого начальное раздражение превращается в законченный зрительный образ.

Оказывается, мы видим в данный момент только то, что нас интересует, и это очень полезно для нас. Все поле зрения всегда заполнено разнообразными впечатляющими объектами, но наше сознание из всего этого выделяет лишь то, на что мы в данный момент обращаем особое внимание.

Однако все неожиданно появляющееся в поле нашего зрения способно невольно привлечь наше внимание.

Например, при интенсивной умственной работе нам может сильно помешать качающаяся лампа: глаза поневоле фиксируют это движение, а это в свою очередь рассеивает внимание.

Наше зрение обладает наибольшей пропускной способностью и может передать в мозг в 30 раз больше информации, чем наш слух, хотя зрительный сигнал достигает мозга через 0,15 сек, слуховой через 0,12 сек, а осязательный через 0,09 сек.

Следует заметить, что все важнейшие свойства глаза тесным образом между собой связаны; они не только зависят друг от друга, но и проявляются в различной степени, например при изменении яркости поля адаптации, т. е. яркости, к которой приспособлен человеческий глаз в данных конкретных условиях и в данный момент времени.

Указанные здесь способности органа зрения человека часто имеют у различных людей различную степень развитости и чувствительности. «Глаз — это чудо для пытливого ума», — говорил английский физик Д. Тиндаль.

2. Недостатки и дефекты зрения

Попытаемся разобраться более подробно в приведенных ранее отдельных указаниях на недостатки в устройстве глаза, на причины неточного восприятия некоторых зрительных образов.

Недостатки и дефекты зрения можно некоторым образом классифицировать.

Во-первых, существуют неправильности нормального глаза человека, присущие всем без исключения, — это аберрации[5] оптической системы глаза (сферическая, астигматизм и хроматическая), наличие слепого пятна, иррадиация и энтоптические явления.

Во-вторых, существуют индивидуальные, иногда врожденные, иногда приобретенные с возрастом дефекты зрения — это близорукость и дальнозоркость, косоглазие, куриная и цветовая слепота.

В-третьих, можно назвать общие психологические закономерности зрительных ощущений, такие, как абсолютный порог, пороги различения, соотношение между раздражителем и силой ощущения, адаптация, одновременный контраст, последовательные образы и взаимосвязь зрительных ощущений с другими психологическими процессами. Каждая из этих закономерностей может оказывать влияние на точность и достоверность зрительного восприятия объективной реальности.

Наконец, в-четвертых, ограниченные также соответствующими пределами восприятия яркостного контраста, спектральной чувствительности, степени рельефности, а также инерция зрения могут либо мешать вскрытию сущности явления, либо применяться с пользой для процесса познания.

Таким образом, ограничения и особенности нормального глаза и индивидуальные дефекты зрения сильно ограничивают роль зрительных ощущений в познании окружающего мира. Если же еще учесть субъективность пороговых значений зрительных функций, большое многообразие свойств зрительных органов у различных людей, то станет ясно, насколько мало точных сведений об окружающем нас мире мы получаем, пользуясь только своими ощущениями.

Распространено мнение, что трудно встретить двух людей, обладающих совершенно одинаковыми свойствами зрительного аппарата. Вот, например, рассуждения на этот счет одного молодого человека.

«Мы с приятелем сидим летом среди благоухающей зелени на берегу лесной речки и наблюдаем чудесное многообразие явлений. Мой приятель блондин с голубовато-серыми глазами. Он с детства носит очки, исправляющие астигматизм. Я — брюнет, у меня темно-карие глаза. Я считаю, что вижу прекрасно, хотя мне говорят, что я иногда сильно закатываю левый глаз, так что зрачок оказывается у меня около переносицы. Я не знаю, видит ли мой приятель точно так же, как я. Как я могу знать, что он видит? Однако возможно и даже наверняка я увидел бы странную картину, если бы вдруг посмотрел на все окружающее глазами моего приятеля».

Справедливы ли эти рассуждения молодого человека?

Применительно к формальному различию свойств и дефектов оптических конструкций глаз молодого человека и его приятеля — эти рассуждения справедливы.

Однако зрительный процесс не просто фиксация оптических изображений предметов на сетчатой оболочке, а и одновременная работа мозговых центров, деятельность центральной нервной системы, использование накопленного опыта. Поэтому рассуждения молодого человека о зрительных восприятиях его и приятеля несправедливы.

С одной стороны, глаза каждого человека имеют свои дефекты, к которым их владелец уже приспособился и совершенно незаметно для себя устраняет их на каких-то этапах зрительного восприятия. С другой стороны, оба товарища, являясь членами одной социально-общественной среды, пользуются одинаковыми результатами эволюционного развития зрительного аппарата, одинаковым накопленным человечеством общественным опытом, общими современными для них взглядами на природу. Поэтому из разговора между ними можно выяснить, что они воспринимают своими различными глазами явления внешнего мира одинаково, за очень малыми исключениями. Этим и объясняется объективность зрительных ощущений, а также и их относительность, т. е. наличие в них доли ошибочности, недостоверности. Влиянию особенностей строения нормального глаза человека на ошибочное восприятие реальности будет посвящен следующий раздел. Здесь мы остановимся особо на индивидуальных, врожденных или приобретенных дефектах зрения, чтобы затем, при описании некоторых иллюзий, ссылаться на эти краткие сведения.

Если произвести проверку аккомодации нормального глаза, то окажется, что наиболее удаленная точка, которую глаз может различать в спокойном состоянии, находится теоретически на бесконечности, а практически на расстоянии, превышающем 15 м. Эта точка считается дальней. Точка, которую можно ясно видеть на самом близком расстоянии от глаз, называется ближней точкой.

Для нормального глаза эта точка находится на расстоянии 10–15 см. Расстояние, отделяющее дальнюю точку от ближней, называется расстоянием аккомодации.

Если отчетливое изображение точки на сетчатой оболочке глаза получается при ее удалении на расстояние не более 35 см — глаз страдает легкой близорукостью, от 35 до 10 см — средняя степень и если наибольшее расстояние отчетливого видения не превышает 10 см — сильная степень близорукости. Согласно рис. 4 степень близорукости определяется тем углом, который образуется между лучом aN, идущим из бесконечности, и лучом, идущим из дальней точки А, т. е. углом aNA или, что то же, NAM.

Рис. 4. Близорукий глаз. Изображение предмета получается перед сетчаткой.

Мера аккомодации определяется разностью углов NBM и NAM при дальней и ближней точке. Например, положим, что для какого-либо близорукого глаза дальняя точка отстоит от глаза на 180 мм, а ближняя на 100 мм.

В таком случае степень близорукости выражается углом 1/180 = 0,0056, т. е. 5,6 D (диоптрий).[6] Мера аккомодации выражается разностью углов 1/100— 1/180 = 4/900 =0,0044, т. е. 4,4 D.

Близорукий глаз имеет главный фокус преломляющей системы перед сетчаткой. Если рассматриваемый предмет приближается к глазу, то приближается к сетчатке и его изображение. В случае близорукости или ось глаза слишком длинна, или кривизна хрусталика велика, или преломляющая способность других сред глаза велика.

Близорукость исправляется очками с вогнутыми стеклами.

Дальнозоркий глаз или является слишком коротким, или его хрусталик имеет малую кривизну. Изображения предметов в этом случае будут получаться за сетчаткой, и такой глаз в ненапряженном состоянии не может видеть отчетливо никаких предметов. В самом деле, по мере приближения предметов издали место схождения их лучей в глазу уходит еще дальше за сетчатку. Только прибегая к усилию аккомодации, этот глаз может видеть вообще, причем он видит отдаленные предметы лучше, чем близкие.

Дальнозоркость исправляется очками с выпуклыми (положительными) линзами, увеличивающими преломляющую способность глаза.

Наибольшая степень дальнозоркости встречается при афакии, т. е. при отсутствии хрусталика и неспособности глаза аккомодироваться. От дальнозорких глаз следует отличать старческие глаза, иногда почти лишенные способности аккомодации вследствие уменьшения упругости хрусталика с годами. При этом ближняя точка все более и более удаляется от глаза. К 45 годам эта точка уже за пределами того расстояния, на котором нормальный глаз хорошо различает предметы. Старческую дальнозоркость исправляют с помощью выпуклых линз, приближающих как ближнюю, так и дальнюю точки.

У людей, страдающих косоглазием, зрительная линия (взгляд) одного глаза направлена на предмет, привлекающий внимание, а линия другого глаза отклонена в сторону носа (сходящееся или внутреннее косоглазие) или виска (расходящееся или внешнее косоглазие) кверху или книзу. Степень косоглазия определяется углом, образуемым линией зрения косящего глаза и нормальным направлением.

Различают два вида косоглазия: содружественное и паралитическое. В первом случае двигательные мышцы глаз нормальны и движения их согласованы, однако положение глаз относительно друг друга все время остается неправильным. Возможно постоянное отклонение одного и того же глаза, а иногда попеременное; косит то один, то другой глаз. В тех случаях, когда один глаз видит лучше другого, фиксирующим всегда оказывается лучший глаз, а отклоняется второй, худший глаз. Но стоит только закрыть лучший глаз и фиксировать начинает хуже видящий глаз, а закрытый второй глаз становится отклоненным.

Этот вид косоглазия обусловлен расстройством двигательной части аппарата глубинного зрения, высокими степенями дальнозоркости или близорукости, плохим зрением одного из глаз. Согласованное зрение обоими глазами, дающее нам возможность получать пластические глубинные образы, оказывается утраченным. Содружественное косоглазие часто развивается в раннем детстве и может быть исправлено применением призматических очков. При сильном косоглазии одна из призм исправляет имеющееся отклонение зрительной оси косящего глаза, а другая частично отклоняет ось другого глаза, обеспечивая восстановление бинокулярного зрения. Паралитическое косоглазие появляется в результате паралича одной из нескольких двигательных мышц глаза вследствие заболевания центральной нервной системы. В этом случае движение пораженного глаза отстает, и его ось отклонена в сторону.

Иногда при этом происходит двоение видимых предметов.

При помощи очков этот вид косоглазия неустраним: здесь помогает оперативное вмешательство. Известны случаи половинной слепоты, т. е. выпадания половины (правой или левой) поля зрения также вследствие заболевания центральной нервной системы.

Ненормальности глаза в отношении основных закономерностей свето- и цветоощущений встречаются в виде дефектов, именуемых «куриной слепотой» и цветовой слепотой. «Куриная слепота» (гемералопия) — это расстройство светоощущения, проявляющееся в виде резкого понижения видимости при ослабленном освещении в сумерки или ночью. При наступлении темноты, когда вещи теряют для нас свои хроматические оттенки, нормально зрячий все же достаточно легко ориентируется посредством своего периферического зрения. Субъект, страдающий гемералопией, чувствует себя совершенно беспомощным, ничего не различает, натыкается на предметы и т. п. Темновая адаптация в этом случае или заметно ослаблена, или же вовсе отсутствует. Причинами этого дефекта зрения часто бывают плохое питание (недостаток жиров, витамина А) или продолжительная работа при чрезмерно ярком освещении.

Цветовая слепота может быть полной и частичной.

Лица, страдающие полной цветовой слепотой, не различают никаких цветовых тонов, многоцветный рисунок они не отличают от одноцветного. Для них изображенные на рис. 11 (см. цветную вклейку) мак и василек отличаются друг от друга контурами и яркостью изображения.

Все цветовые тона для нормально видящего глаза могут быть воспроизведены путем смешения в надлежащих пропорциях не менее трех цветов, принятых за основные (красный, зеленый и синий). Поэтому нормально зрячие называются трихроматами. Явление ненормального трихроматизма было открыто в 1880 г. Д. Рэлеем. Лица, страдающие этой аномалией зрения, могли воспроизводить все цвета посредством смешения тех же трех цветов, что и лица с нормальным зрением, но при этом они слишком много прибавляют зеленого цвета. Таким образом, смесь, которая им кажется белой, на самом деле является зеленой, смесь, которая нам кажется белой, они считают розовой.

Лица с полной цветовой слепотой являются монохроматами, поскольку все оттенки предметов они получают только за счет вариаций интенсивности одного и того же раздражителя. Полная цветовая слепота явление весьма редкое. Чаще встречаются частичные расстройства цветового зрения, например, когда субъект, воспринимая все доступные ему цвета, смешивает только два основных — зеленый и синий (краснослепые или дальтоники — это цветовая слепота первого рода — протонопия) или красный и синий (зеленослепые — цветовая слепота второго рода — дейтеронопия). Наконец, третий вид частичной цветовой слепоты (тритонопия) — это «слепота на фиолетовый цвет».

Протонопией страдал знаменитый английский химик Д.Дальтон, который впервые в 1794 г. и описал этот недостаток своего зрения. Дальтон обратил внимание на то, что цветок герани, который показался всем розовым, ему представлялся днем голубым, а вечером, при свечах, красным. Все уверяли его, что не видят никакой бросающейся в глаза разницы в цвете лепестков герани днем и вечером. Это наблюдение побудило Дальтона изучить особенность своего зрения, и он нашел, что красный, оранжевый, желтый и зеленый цвета казались ему почти одинаковыми: все их он называл желтыми. Зато он хорошо различал синий и фиолетовый цвета. Дальтон говорил, что кровь казалась ему бутылочного зеленого цвета, а трава почти красной. Трудно представить, как Дальтон, страдавший столь резко выраженной цветовой слепотой, не обнаружил ее раньше 26-летнего возраста. Возможно, это было следствием нашей способности не обращать внимания на то, что привычно.

Человек, страдающий цветовой слепотой, часто может думать, что он прав, а окружающие ошибаются. В жизни известны случаи приобретенного дальтонизма, однако в большинстве случаев этот дефект зрения является врожденным и передается по женской линии главным образом мужскому потомству. Около 4 % всех мужчин страдают дальтонизмом, тогда как среди женщин все виды цветовой слепоты встречаются гораздо реже — не чаще, чем у 0,5 % от всех женщин.

Для второй группы цветнослепых (дейтеронопов) характерной особенностью является неумение отличать светло-зеленый цвет от темно-красного и фиолетовый от голубого, между тем как пурпурный цвет с голубым они не смешивают, но смешивают с серым.

Третий вид частичной цветовой слепоты наблюдается значительно реже. Для тритонопов весь спектр содержит лишь оттенки красного и зеленого.

Для многих профессий цветовая слепота не является крупным недостатком. Но есть такие профессии, когда умение уверенно и строго различать цвета имеет существенное значение — например, цветнослепой, работающий машинистом, рулевым, шофером и т. п., всегда может вызвать катастрофу, приняв один сигнальный цвет за другой. Цветнослепой, не умеющий определять цвета растворов и красящих веществ, не может успешно работать на некоторых операциях в химической, полиграфической, текстильной и в других отраслях промышленности.

Профессии художника, ботаника, портного, медика и некоторые другие также требуют нормального цветового зрения.

В настоящее время для испытания на цветовую слепоту применяются таблицы, где среди пятен одного цвета помещены пятна другого, составляющие вместе для всякого нормально зрячего какую-нибудь цифру, букву или фигуру. Цветнослепые не могут отличить цвет этих пятен от цвета пятен, служащих фоном, а следовательно, они не могут «прочесть» и соответствующих цифр, букв или фигур.

На рис. 1, помещенном на цветной вклейке, приведена испытательная таблица проф. Е. Б. Рабкина, на которой краснослепой — дальтоник не видит круга, а зеленослепой не видит треугольника. Цветовое зрение в современных условиях будет доставлять человеку все большее и большее наслаждение не только от восприятия прекрасного в природе и в живописи, но и в новых формах искусства — цветной фотографии и кино. Цвету придают все большее значение в промышленности, так как оказывается, что от правильно подобранной окраски производственных помещений и оборудования в значительной мере зависит производительность труда. Недалеко то время, когда приобретет массовое распространение цветное телевидение, а затем и цветомузыка.

Дальнейшее изучение и все более эффективное закрепление полезных свойств зрительного аппарата человека позволяет нейтрализовать, а частично и вовсе устранить вредное влияние недостатков и дефектов нашего зрения.

3. Иллюзии, связанные с особенностями строения глаза

Оптическая система глаза не свободна от сферической и хроматической аберраций.

Сущность сферической аберрации состоит в том, что фокус для лучей, вступающих в глаз параллельно его оси и на малом расстоянии от нее, оказывается дальше от зрачка, чем фокус для лучей, более удаленных от оси.

Края зрачкового пространства преломляют свет сильнее, чем его средина. Частично по этой причине, как было указано ранее, мы видим малые источники света в виде лучистых звезд. В наличии сферической аберрации глаза легко убедиться, проделав такой опыт. Если печатный текст поместить перед глазом ближе расстояния наилучшего видения, когда уже нет возможности отчетливо видеть буквы, а затем взять листок бумаги с малым отверстием и поместить его перед самым глазом, то буквы снова сделаются отчетливо видимыми. Если держать черную нитку перед ярким пламенем, то она нам кажется разорванной — кружки рассеяния света на сетчатке охватывают нить с обеих сторон и делают ее невидимой. Стремясь лучше разглядеть предмет, мы «щуримся», сближая веки, и тем самым уменьшаем отверстие, через которое в глаз проходят лучи света. В результате края зрачка и хрусталика «выключаются» из работы, сферическая аберрация уменьшается, и мы видим предмет яснее, резче. При ярком освещении, когда сужается зрачок, сферическая аберрация уменьшается, и мы видим лучше.

Глаз не представляет собой системы ахроматической: фокус фиолетовых лучей расположен на 0,43 мм ближе к хрусталику, чем фокус лучей красных, если глаз аккомодирован на бесконечность. Поэтому предметы, особенно белые, освещенные белым светом, дают на сетчатке изображение, окруженное цветной каймой. Обычно мы не замечаем ее, так как она очень слаба. Однако ее легко обнаружить при помощи несложных опытов, например, рассматривая на очень близком расстоянии рис. 5.

Рис. 5. Если поднести этот рисунок очень близко к глазу, то возле черных кругов мы увидим цветные каемки. Это свидетельствует о том, что глаз не свободен от хроматической аберрации.

Тот же эффект мы будем наблюдать, если через малое отверстие в листке бумаги посмотрим на край крыши на фоне яркого неба. Подняв листок так, чтобы лучи попадали на периферию зрачка, заметим, что небо около крыши покажется красноватым. Выше сказанное легко объяснить, если вспомнить, что на сетчатке получается обратное изображение и что при падении лучей на край линзы синие лучи преломляются сильнее, чем красные. Хроматическая аберрация глаза создает трудности при рассматривании шкал или интерференционных полос, а также при наблюдении за небесными телами с помощью астрономических инструментов.

Известны случаи появления у людей близорукости только в сумерках, когда очертания видимых предметов становятся менее резкими. Если при этом четкая видимость предметов ограничивается расстоянием 2 м, то появившаяся близорукость соответствует 0,5 диоптрии. Днем глаз обладает максимальной чувствительностью в желто-зеленом участке спектра, а в сумерки максимум чувствительности смещается к сине-зеленому участку. Глаз, как и линза, преломляет сине-зеленые лучи сильнее, чем желтые.

Следовательно, ночная близорукость появляется у людей из-за хроматической аберрации глаза. Кроме того, при слабом освещении зрачок глаза расширяется и края хрусталика начинают играть большую роль в формировании изображения на сетчатке. Следовательно, ночная близорукость в какой-то мере обусловлена и сферической аберрацией глаза.

Астигматизм[7] глаза. Астигматизмом глаза называется его дефект, обусловленный обычно несферической (торической) фюрмой роговой оболочки и иногда несферической формой поверхностей хрусталика.

Астигматизм человеческого глаза был впервые обнаружен в 1801 г. английским физиком Т. Юнгом. При наличии этого дефекта (кстати, не у всех людей проявляющегося в резкой форме) не происходит точечного Локирования лучей, параллельно падающих на глаз, бедствие различного преломления света роговицей в различных сечениях.

При сильном астигматизме человек видит четко, например, только вертикальные линии, а горизонтальные видит нерезко, или наоборот (рис. 6).

Рис. 6. Астигматический глаз видит фигуру А так, как она изображена справа.

Астигматизм резко выраженный исправляется очками с цилиндрическими стеклами, которые преломляют световые лучи только в направлении, перпендикулярном к оси цилиндра.

Глаза, совершенно свободные от этого недостатка, у людей встречаются редко, в чем легко можно убедиться, рассматривая приведенные здесь рис. 7, 8 и 9.

Рис. 7. Концентрические, близкие друг к другу окружности кажутся, прерванными, не одинаково удаленными друг от друга.

Рис. 8. Одинаковая (однотонная) штриховка квадрантов этого круга кажется не одинаково яркой.

Рис. 9. Те или иные буквы кажутся более темными в зависимости от положения рисунка относительно глаза.

Для испытания глаз на астигматизм врачи-окулисты часто применяют специальную таблицу (рис. 10), где двенадцать кружков имеют штриховку равной толщины через одинаковые интервалы.

Рис. 10. Фигура для определения степени и меры астигматизма глаза.

Глаз, обладающий астигматизмом, увидит линии одного или нескольких кружков более черными. Направление этих более черных линий позволяет сделать вывод о характере астигматизма глаза.

Если астигматизм обусловлен несферической формой поверхности хрусталика, то при переходе от ясного видения предметов горизонтальной протяженности к рассматриванию вертикальных предметов человек должен изменить аккомодацию глаз.

Чаще всего расстояние ясного видения вертикальных предметов меньше, чем горизонтальных. Это частично связано со зрительным дефектом «переоценки вертикальных линий», о чем будет сказано далее (см. п. 5).

Слепое пятно. Наличие слепого пятна на сетчатой оболочке глаза впервыеоткрыл в 1668 г. известный французский физик Э.Мариотт. Свой опыт, позволяющий убедиться в наличии слепого пятна, Мариотт описывает следующим образом:

«Я прикрепил на темном фоне, приблизительно на уровне глаз, маленький кружочек белой бумаги и в то же время просил другой кружочек удерживать сбоку от первого, вправо на расстоянии около двух футов, но несколько пониже так, чтобы изображение его упало на оптический нерв моего правого глаза, тогда как левый я зажмурю. Я стал против первого кружка и постепенно удалялся, не спуская с него правого глаза.

Когда я был в расстоянии 9 футов,[8] второй кружок, имевший величину около 4 дюймов, совсем исчез из поля зрения. Я не мог приписать это его боковому положению, ибо различал другие предметы, находящиеся еще более сбоку, чем он; я подумал бы, что его сняли, если бы не находил его вновь при малейшем передвижении глаз».

Известно, что Мариотт забавлял английского короля Карла II и его придворных тем, что учил их видеть друг друга без головы.

Сетчатая оболочка глаза в том месте, где в глаз входит зрительный нерв, не имеет светочувствительных окончаний нервных волокон (палочек и колбочек).

Следовательно, изображения предметов, приходящиеся на это место сетчатки, не передаются мозгу.

Можно убедиться в наличии слепого пятна, рассматривая любой из рис. 11, 12 и 13. На этих рисунках слепое пятно для правого глаза обнаруживается правее центрального луча, а для левого — левее. При этих условиях в первом случае пропадает правая часть рисунка, а во втором левая. Поэтому для правого глаза надо установить рисунок так, чтобы прямо против глаза находилась левая часть рисунка (например, центральный кружок рис. 11 и 12 или крест рис. 13), а для левого — правая часть рисунка. Затем, если необходимо, удалять или приближать рисунок, или сдвигать его понемногу в сторону, пока не будет достигнут четкий эффект.

Рис. 11

Рис. 12

Рис. 13. Закрыть левый глаз и посмотреть правым на фигуру, изображенную слева, держа рисунок на расстоянии 15–20 см от глаза. При некотором положении рисунка относительно глаза изображение правой фигуры перестанет быть видимым.

Рис. 11 и 13 позволяют обнаружить слепое пятно и правого, и левого глаза.

Академик С. И. Вавилов по поводу устройства глаза писал:

«Насколько проста оптическая часть глаза, настолько сложен его воспринимающий механизм. Мы не только не знаем физиологического смысла отдельных элементов сетчатки, но не в состоянии сказать, насколько целесообразно пространственное распределение светочувствительных клеток, к чему нужно слепое пятно и т. д.

Перед нами не искусственный физический прибор, а живой орган, в котором достоинства перемешаны с недостатками, но все неразрывно связано в живое целое».

Слепое пятно, казалось бы, должно мешать нам видеть весь предмет, но в обычных условиях мы этого не замечаем.

Во-первых, потому, что изображения предметов, приходящиеся на слепое пятно в одном глазу, в другом проектируются не на слепое пятно; во-вторых, потому, что выпадающие части предметов невольно заполняются образами соседних частей, находящихся в поле зрения.

Если, например, при рассматривании черных горизонтальных линий некоторые участки изображения этих линий на сетчатке одного глаза придутся на слепое пятно, то мы не увидим разрыва этих линий, так как другой наш глаз восполнит недостатки первого. Участки «прямых линий», проходящие через слепое пятно любого глаза, будут нашим сознанием продолжены по кратчайшему пути даже в том случае, когда в действительности в этом месте линии имеют разрыв или изгиб. Так, например, если слепое пятно придется против «середины креста», мы «увидим» крест даже в том случае, когда в действительности четыре его ветви не соединяются посередине. А вот еще один интересный опыт. Если держать перед собою лист белой бумаги с красным пятном так, чтобы это красное пятно не было видно, например правым глазом, мы все же увидим пятно левым глазом, т. е. увидим лист бумаги с красным пятном, что и соответствует действительности. Если же взять совершенно белую бумагу, а перед левым глазом держать красное стекло, то вся бумага покажется красновато-белого цвета, причем место, соответствующее слепому пятну правого глаза, ничем не отличается от остального фона. Даже при наблюдении одним глазом наш рассудок возмещает недостаток сетчатки и исчезновение некоторых деталей предметов из поля зрения не доходит до нашего сознания. Слепое пятно достаточно велико (на расстоянии двух метров от наблюдателя из поля зрения может исчезнуть даже лицо человека), однако при обычных условиях видения подвижность наших глаз устраняет этот «недостаток» сетчатой оболочки.

Иррадиация.[9] Явление иррадиации заключается в том, что светлые предметы на темном фоне кажутся увеличенными против своих настоящих размеров и как бы захватывают часть темного фона. Это явление известно с очень давних времен. Еще Витрувий (I в. до н. э.), архитектор и инженер Древнего Рима, в своих трудах указывал, что при сочетании темного и светлого «свет пожирает мрак». На нашей сетчатке свет отчасти захватывает место, занятое тенью.

Первоначальное объяснение явления иррадиации было дано Р. Декартом, который утверждал, что увеличение размеров светлых предметов происходит вследствие распространения физиологического возбуждения на места, соседние с прямо раздраженным местом сетчатки.

Однако это объяснение в настоящее время заменяется новым, более строгим, сформулированным Гельмгольцем, согласно которому первопричиной иррадиации являются следующие обстоятельства.

Каждая светящаяся точка изображается на сетчатой оболочке глаза в виде маленького кружка рассеяния из-за несовершенства хрусталика, неточной аккомодации и пр.

Когда мы рассматриваем светлую поверхность на темном фоне, вследствие аберрационного рассеяния как бы раздвигаются границы этой поверхности, и поверхность кажется нам больше своих истинных геометрических размеров; она как бы простирается через края окружающего ее темного фона. Эффект иррадиации сказывается тем резче, чем хуже глаз аккомодирован.

В силу наличия кругов светорассеяния на сетчатке иллюзорному преувеличению могут при известных условиях (например, очень тонкие черные нити) подвергаться и темные предметы на светлом фоне — это так называемая негативная иррадиация.

Примеров, когда мы можем наблюдать явление иррадиации, существует очень много, здесь нет возможности привести их полностью.

Наличие иррадиации наглядно подтверждают рис. 14–19.

Рис. 14. Белый квадрат на черном фоне справа кажется больше черного квадрата на светлом фоне слева.

Рис. 15. Белые фигуры на черном фоне кажутся больше черных фигур на белом.

Рис. 16. Черная полоска на белом фоне (слева) кажется уже белой полоски на черном фоне.

Рис. 17. Квадрат перечеркнут двумя широкими черными полосками, которые кажутся ущемленными в местах касания со сторонами квадрата (как показано слева).

Рис. 18. Перекрестия черных полосок кажутся не черными, а серыми. Этот эффект только отчасти можно объяснить иррадиацией.

Рис. 19. Перекрещивающиеся под острыми углами провода кажутся разорванными, как показано внизу рисунка. Если ветер раскачивает провода, то белый просвет колеблется в такт с этими качаниями.

Великий итальянский художник, ученый и инженер Леонардо да Винчи в своих записках говорит о явлении иррадиации следующее:

«Когда Солнце видимо за безлиственными деревьями, все их ветви, находящиеся против солнечного тела, настолько уменьшаются, что становятся невидимыми, то же самое произойдет и с древком, помещенным между глазом и солнечным телом. Я видел женщину, одетую в черное, с белой повязкой на голове, причем последняя казалась вдвое большей, чем ширина плеч женщины, которые были одеты в черное. Если с большого расстояния рассматривать зубцы крепостей, отделенные друг от друга промежутками, равными ширине этих зубцов, то промежутки кажутся много большими, чем зубцы…».

На целый ряд случаев наблюдений явления иррадиации в природе указывает в своем трактате «Учение о цветах» великий немецкий поэт Гёте. Он пишет об этом явлении так:

«Темный предмет кажется меньше светлого той же величины. Если рассматривать одновременно белый круг на черном фоне и черный круг того же диаметра на белом фоне, то последний нам кажется примерно на 1/5 меньше первого.

Если черный круг сделать соответственно больше, они покажутся равными. Молодой серп луны кажется принадлежащим кругу большего диаметра, чем остальная темная часть луны, которая иногда бывает при этом различима».

Явление иррадиации при астрономических наблюдениях мешает наблюдать тонкие черные линии на объектах наблюдения; в подобных случаях приходится диафрагмировать объектив телескопа. Физики из-за явления иррадиации не видят тонких периферических колец дифракционной картины.

В темном платье люди кажутся тоньше, чем в светлом.

Источники света, видные из-за края, производят в нем кажущийся вырез. Линейка, из-за которой появляется пламя свечи, представляется с зарубкой в этом месте.

Восходящее и заходящее солнце делает словно выемку в горизонте.

Еще несколько примеров. Черная нить, если ее держать перед ярким пламенем, кажется в этом месте прерванной; раскаленная нить лампы накаливания кажется толще, чем она есть в действительности; светлая проволока на темном фоне кажется более толстой, чем на светлом.

Переплеты в оконных рамах кажутся меньше, чем они есть в действительности. Статуя, отлитая из бронзы, выглядит меньше, чем изготовленная из гипса или белого мрамора.

Архитекторы Древней Греции угловые колонны своих построек де, лали толще прочих, учитывая, что эти колонны со многих точек зрения будут видны на фоне яркого неба и, вследствие явления иррадиации, будут казаться тоньше.

Своеобразной иллюзии подвергаемся мы по отношению к видимой величине Солнца. Художники, как правило, рисуют Солнце чересчур большим по сравнению с другими изображаемыми предметами. С другой стороны, на фотографических ландшафтных снимках, на которых изображено и Солнце, оно представляется нам неестественно малым, хотя объектив дает правильное его изображение.

Заметим, что явление негативной иррадиации можно наблюдать в таких случаях, когда черная нить или слегка блестящая металлическая проволока на белом фоне кажутся толще, чем на черном или сером. Если, например, кружевница хочет показать свое искусство, то ей лучше изготовить кружево из черных ниток и расстилать его на белую подкладку. Если мы наблюдаем провода на фоне параллельных темных линий, например, на фоне черепичной крыши или кирпичной кладки, то провода кажутся утолщенными и сломанными там, где они пересекают каждую из темных линий.

Эти эффекты наблюдаются и тогда, когда провода накладываются в поле зрения на четкий контур строения.

Вероятно, явление иррадиации связано не только с аберрационными свойствами хрусталика, но также и с рассеянием и преломлением света в средах глаза (слой жидкости между веком и роговой оболочкой, среды, заполняющие переднюю камеру и всю внутренность глаза). Поэтому иррадиационные свойства глаза, очевидно, связаны с его разрешающей силой и лучистым восприятием «точечных» источников света (рис. 20).

Рис. 20. Черные линии резко различимы только по некоторым радиальным направлениям; по другим они сливаются в серый фон.

Для восприятия всей фигуры глаз должен совершать круговые движения.

С аберрационными свойствами, а значит, частично и с явлением иррадиации связана способность глаза переоценивать острые углы, о чем будет сказано далее (см. п. 6).

4. «Целое» и «часть»

Очень многие ошибочные зрительные впечатления обусловлены тем, что мы воспринимаем видимые нами фигуры и их части не отдельно, а всегда в некотором соотношении с окружающими их другими фигурами, некоторым фоном или обстановкой. К этому разделу относится, пожалуй, самое большое количество зрительных иллюзий, встречающихся на практике. Все эти иллюзии можно разделить на пять групп.

Во-первых, сравнивая две фигуры, из которых одна действительно меньше другой, мы ошибочно воспринимаем все части меньшей фигуры меньшими, а все части большей — большими («целое больше — больше и его части»).

При этих условиях ошибка появляется не вследствие дефектов глаза как оптического прибора, а скорее вследствие психофизиологического этапа зрительного восприятия (рис. 21–28). Свойства фигуры мы ошибочно переносим на ее части. А. Л. Ярбус указывает общую причину появления иллюзий (рис. 21–27), заключающуюся как бы в «тенденции» определять расстояния не между краями предметов, а между самими предметами.

Рис. 21. Правые фигуры больше левых (фигуры в целом), однако части этих фигур могут быть равны частям левых фигур, хотя они и кажутся значительно крупнее.

Рис. 22. Части вертикальных осевых линий между крайними нижними и средними точками кажутся больше, чем части осевых линий между средними и крайними верхними точками.

Рис. 23. АВ = ВС. Осевые линии нижних фигур равны по длине.

Рис. 24. аb кажется меньше еf, a ef кажется меньше cd; на самом деле все три отрезка равны между собой.

Рис. 25

Рис. 26

Рис. 27. На рисунках 25, 26 и 27 расстояние аЬ кажется больше cd; в действительности ab=cd.

Доказательством этому и служат иллюзии, наблюдаемые на рис. 28, где увеличенными или уменьшенными воспринимаются те расстояния, которые должны были бы определяться по отношению к краям черных кружков, а наше зрение относит их к центрам кружков.

Рис. 28. Расстояния между двумя вертикальными прямыми и между вертикальной прямой и одним кругом в левой части рисунка кажутся не равными расстояниям между двумя кругами в правой части рисунка. На самом деле эти расстояния равны между собой (рисунок А. Л. Ярбус).

Во-вторых, встречаются случаи иллюзий того же рода с той только разницей, что суждение о зрительном образе идет в обратном направлении: не от «целого» к «части», а от «части» к «целому». Примеры таких иллюзий приведены на рис. 29–32.

Рис. 29. Угол, стянутый дугой, справа кажется больше стянутого дугой угла слева. В действительности они равны.

Рис. 30. Верхняя фигура по периметру и площади кажется не равной нижней; на самом деле при наложении фигуры совместятся.

Рис. 31. Менее отчетливо наблюдаемое неравенство двух равных фигур.

Рис. 32. Диаметр круга кажется больше отрезков АС и BD; на самом деле он равен им.

Аналогичная ошибка зрения имеет место и тогда, когда мы рассматриваем отдельно монету достоинством в две копейки и номер на государственном казначейском билете СССР достоинством в 1 рубль. Нам кажется, что монета не закроет этого номера, хотя она точно закрывает его от первой до последней цифры.

В-третьих, при восприятии фигур в целом и отдельных их частей (линии, углы, отдельные детали) зрительные иллюзии могут иметь место вследствие общепсихологического закона контраста, т. е. обстановки, окружения этих частей и их взаимосвязи с другими частями фигуры.

Примеры можно найти на рис. 33–34. Здесь речь не идет о контрасте яркости или о цветовом контрасте, который практически здесь ничтожно мал или вовсе отсутствует.

Рис. 33. Внутренний острый угол правой фигуры кажется меньше внутреннего острого угла левой. В действительности они равны.

Рис. 34. Внутренний круг слева кажется больше правого внутреннего круга.

В-четвертых, известны иллюзии, причина которых кроется в уподоблении (ассимиляции) одной части фигуры другой. Несколько таких иллюзий приведено на рис. 45–48.

Рис. 35. Тот же эффект, что на рис. 34.

Рис. 36. Круг, примыкающий ближе к сторонам острого угла слева, кажется больше, чем круг справа.

Рис. 37. Палуба правого парусника кажется короче палубы левого парохода.

Рис. 38. Расстояние между точками, лежащими ближе к вершине острого угла, кажется больше, чем расстояние между точками, более удаленными от вершины.

Иллюзия совсем исчезает, если посмотреть на рисунок со стороны вершины угла так, чтобы взгляд скользил по плоскости рисунка.

Рис. 39. Правая дуга кажется более короткой и имеющей большую кривизну, чем левая.

Рис. 40. Высоты треугольников разделены пополам, однако кажется, что части, прилегающие к вершине, короче.

Рис. 41. Верхний внутренний овал кажется меньше нижнего, а в действительности они равны.

Рис. 42. Стороны треугольника кажутся меньше сторон квадрата, а стороны квадрата меньше сторон пятигранника. Все эти отрезки, однако, равны. Иллюзия создается исключительно благодаря возрастанию периметров и площадей этих фигур.

Рис. 43. Основание фигуры а кажется меньше основания фигуры б, диаметр окружности а'а' кажется меньше расстояния б'б', хотя все эти линии равны между собой.

Рис. 44. Каждая левая фигура кажется больше каждой правой, хотя все фигуры одинаковы. Иллюзия исчезнет, если на этот рисунок посмотреть с правой стороны так, чтобы взгляд скользил по плоскости чертежа.

Рис. 45. Прямая касательная ко всем кружкам разных радиусов кажется кривой, так как мы невольно уподобляем ее верхней криволинейной границе. (Иллюзия С. Томпсона.)

Рис. 46. Одиночная спираль, изображенная в левой части, не создает впечатления смещения спирали к точке схода с другими подобными спиралями. Та же спираль, изображенная справа, создает такое впечатление.

Если, например, рис. 47 и 48 освещать на мгновение искровой вспышкой, то иллюзия (по крайней мере при определенной продолжительности вспышки) пропадет.

Глаз за время вспышки не успеет заметно передвинуться, следя за спиралями фона и уподобляя этим спиралям светлые окружности. При этом обстановка или фон как бы отпадает.

Рис. 47. Расположение отрезков концентрических окружностей с утолщениями на концах по принципу склонения их к спирали создает впечатление, что на рисунке изображены белые спирали на черном фоне.

Рис. 48. Вследствие спиральной штриховки серого фона белые, прерванные местами линии кажутся спиралями; на самом деле они представляют собой концентрические окружности, в чем легко убедиться с помощью циркуля или карандаша.

Глаз обладает вполне отчетливым зрением лишь в области центрального углубления желтого пятна, т. е. на очень небольшом участке сетчатки. Фиксируя, например, какое-нибудь слово на печатной странице, мы с трудом можем прочесть соседнее слово, а дальше совсем ничего не разбираем (если наши глаза неподвижны). Поэтому зрение — это, в сущности, обозревание. Наш взгляд постоянно перемещается. Это порождает порой иллюзии, подобные приведенным на рис. 49 и 50.

Рис. 49. Стороны квадрата, изображенные прерывистыми линиями на фоне из чередующихся белых, серых и черных кружков, кажутся сильно смещенными и не принадлежащими квадрату.

Рис. 50. Буквы кажутся наклонными, а на самом деле они стоят вертикально по отношению к горизонтальным линиям рамки рисунка.

Наконец, следует указать на последнюю группу иллюзий, связанных со зрительным восприятием целого и части, причина которых кроется в неспособности зрительного аппарата иногда выделить часть из целого из-за сложности обстановки.

Так, например, на левых фигурах рис. 51 и 52 мы затрудняемся сразу выделить квадраты, хотя они там и имеются (на правых фигурах выделены более толстыми линиями).

Рис. 51

Рис. 52. Изображен квадрат, но он маскирован окружающими его линиями и не виден отчетливо, справа он выделен из обстановки.

Заметим, что выделенный квадрат на рис. 52 кажется вытянутым в горизонтальном направлении, что объясняется способностью нашего зрения переоценивать (преувеличивать) острые углы, о чем будет сказано далее (см. п. 6).

Многочисленные иллюзии этого раздела говорят нам о том, что здесь чаще всего неточное, искаженное впечатление создается в результате неправильного суждения о видимом, и не глаз ошибается, а мозг неуверенно разъясняет нам впечатления внешнего мира.

В самом деле, мы не имеем никаких оснований считать, что оптические изображения фигур на рис. 21–52 на сетчатке нашего глаза будут неправильны.

Следовательно, эти иллюзии создаются не вследствие оптических недостатков глаза, а вследствие определенных правил обзора картины (движение глаз, положение рисунка) и некоторых неосознаваемых нами и еще неизвестных нам законов работы сетчатки и мозга, соединяющего отдельные раздражающие импульсы в общую картину. В иллюзиях, приведенных в этом разделе, мы можем проследить диалектическое единство анализа и синтеза, т. е. связь частей с целым, когда в частях мы наблюдаем свойства целого, в целом же сказываются свойства частей.

5. Переоценка вертикальных линий

Очевидно, в силу исторически накопленного опыта, с одной стороны, и благодаря расположению линии, соединяющей глаза человека в горизонтальной плоскости, с другой, человек обладает способностью точнее определить на глаз горизонтальные расстояния, чем высоту предметов. Оказывается, острота зрения «в горизонтальном направлении» больше, чем в вертикальном, а глазомерное сравнение длины параллельных горизонтальных линий может быть произведено с точностью до 1 %, тогда как для вертикальных такая точность недостижима. Поворот глаза в вертикальной плоскости требует большего мышечного напряжения, чем аналогичный поворот в горизонтальной плоскости, а так как мышечное напряжение может выступать как мерило пути, то вертикальные расстояния кажутся нам больше равных им горизонтальных.

Поэтому большинство людей обладает способностью преувеличивать вертикальные протяженности по сравнению с горизонтальными, и это также приводит к иллюзиям зрения. Вот несколько примеров этих иллюзий (рис. 53–58).

Рис. 53. Высота шляпы-цилиндра кажется больше, чем ширина полей, хотя они равны.

Рис. 54. Высота CD фигуры кажется больше ее основания АВ, хотя AB=CD.

Рис. 55. Высота черной гребенки кажется больше ее ширины, хотя они равны.

Поворотом фигуры набок легко долбиться исчезновения иллюзии.

Рис. 56. Нижний прямоугольник кажется короче и толще верхнего, хотя эти фигуры равны.

Рис. 57. Три вертикальные полоски слева имеют одинаковую высоту, но если их расположить, как показано в центре рисунка, или так, как показано справа, то узкая полоска кажется длиннее двух широких.

Рис. 58. Верхние части типографских знаков кажутся равными по высоте нижним, хотя они на самом деле меньше нижних, в чем можно убедиться, перевернув рисунок.

Если предложить ряду лиц начертить вертикальную и горизонтальную линии одинаковой длины, то в большинстве случаев начерченные вертикальные линии будут короче горизонтальных. При делении на глаз вертикальной линии пополам обычно середина оказывается слишком высоко (см. рис. 40).

Вертикальные параллельные линии при значительной их длине кажутся обычно в верхней части слегка расходящимися. Заметим, что горизонтальные кажутся всегда сходящимися. Это обстоятельство учитывается, между прочим, в архитектуре, где высокие колонны, для того чтобы они казались нам правильно параллельными, делаются вверху слегка сходящимися. Так, например, построена колоннада Парфенона в Греции.

Заметим, что вследствие преувеличения вертикальных линий в архитектуре приходится считаться еще и с таким обстоятельством. Если глаз фиксирует горизонтальную прямую, находящуюся на одном уровне, то выше лежащие прямые кажутся искривленными. Для устранения этого кажущегося архитектурного недостатка приходится принимать соответствующие меры.

К рассматриваемой группе иллюзий близко примыкают иллюзии заполненного пространства (рис. 59–61).

Рис. 59. Заполненное пространство кажется длиннее незаполненного.

Рис. 60. Правый заштрихованный квадрат кажется уже и выше левого.

Рис. 61. Заштрихованные секторы кажутся меньше незаштрихованных. На самом деле это равные квадранты одного и того же круга. Наш взгляд невольно скользит к центру круга и легче перемещается по горизонтали, чем по вертикали (в силу привычки).

Заполненное пространство, по которому глаз скользит горизонтально, удлиняется. Так, например, на море все расстояния кажутся меньшими, так как беспредельный простор моря является пространством неподразделенным. Здания, украшенные фигурами и орнаментами, кажутся нам больше своей действительной величины.

На рис. 60 нам кажется, что правая фигура В уже и выше (взгляд скользит по вертикали) левой фигуры А.

На самом деле и А и В — правильные заштрихованные квадраты.

Значит, заполненное пространство нам кажется всегда шире незаполненного и по горизонтали и по вертикали?

Однако это не всегда так, и многое зависит от направления, по которому скользит наш взгляд, стремясь воспринять фигуру (рис. 61).

Возможны, между прочим, случаи неправильного восприятия и сравнения горизонтальных линий (рис. 62).

6. Преувеличение острых углов

Многие иллюзии объясняются способностью нашего зрения преувеличивать видимые нами на плоских фигурах острые углы. Во-первых, возможно, этого рода иллюзии появляются из-за явления иррадиации, так как расширяется видимое нами светлое пространство около темных линий, ограничивающих острый угол. Во-вторых, возможно также, острый угол увеличивается по причине общепсихологического контраста, так как часто острые углы лежат рядом с тупыми, и влияние оказывает обстановка.

В-третьих, большое значение для возникновения этих иллюзий имеет направление движения глаз и их подвижность вообще. Если имеется излом линий, то наш глаз в первую очередь «схватывает» острый угол, так как ось поля зрения перемещается сначала по кратчайшему направлению и лишь затем обследует стороны тупых углов. Тот факт, что эта иллюзия действительно зависит от движения глаз, подтверждается тем, что при освещении поля зрения кратковременными вспышками многие из иллюзий этого рода не наблюдаются, так как глаз за время вспышки не успевает переместиться для обзора и острых, и тупых углов фигуры.

В архитектуре, в частности, чтобы избежать иллюзии искривления действительно параллельных линий, пересекаемых линиями, образующими с первыми острые и тупые углы, применяют специальную разбивку деталей и отдают предпочтение радиальным линиям.

Человек изменяет направление движения своих глаз с известным усилием, и поэтому в архитектуре применяются особые способы постепенного замедления движения глаз перед тем, как они должны изменить направление движения. Лучшим примером этого являются капители и базы колонн, задерживающие на себе движение нашего взгляда снизу вверх и, наоборот, сверху вниз вдоль ствола колонн. Наконец, в некоторых случаях, возможно преувеличение видимых острых углов и вследствие астигматизма глаза. Во всяком случае, всегда острые углы нам кажутся большими, чем есть на самом деле, и поэтому появляются определенные искажения в истинном соотношении частей видимой фигуры. Здесь приводится несколько зрительных иллюзий, возникающих из-за переоценки острых углов (рис. 63–70).

Рис. 63. Отрезки прямых линий, пересекающих параллели под острыми углами, кажутся смещенными и либо не принадлежащими одним и тем же прямым (слева и в центре), либо не являющимися сторонами одного угла (справа). [Иллюзия Поггендорфа. ]

Рис. 64. Кажется, что при продолжении левые дуги не сойдутся с правыми, на самом деле они сходятся. Такого рода иллюзии можно часто наблюдать в зданиях, имеющих сводчатые потолки, двери или окна. Кажется, что линии свода, рассеченные впереди стоящей колонной, не сходятся.

На рис. 65–67 представлены простейшие иллюзии, обусловленные преувеличением острых углов.

Рис. 65. Прямая ab кажется надломленной в точке О, причем вверху «угол» аОb кажется меньше 180°, а внизу больше 180°.

Рис. 66. Являются ли отрезки A и В, а также отрезки С и D продолжением один другого?

Рис. 67. Каждое последующее увеличение угла кажется больше предыдущего, хотя во всех случаях разница составляет 5°.

Когда мы смотрим на две линии, отделенные промежутком, мы в состоянии соединить их «в уме» и определить, составляет одна из них продолжение другой или нет. Если же мы к одной из этих линий проведем другую так, чтобы они образовали острый угол, уверенность нашей оценки сразу исчезнет.

Например, на рис. 66 продолжение А кажется ниже линии В, а продолжение С кажется находящимся направо от D.

Чтобы иллюзия исчезла, нужно закрыть линию С или Л. Углы могут изменить и кажущуюся длину линий, в чем легко убедиться, взглянув на рис. 22 и 24.

Заметим, что иллюзия исчезает, если мы выберем другую позицию наблюдения, т. е. появление иллюзии зависит от «точки зрения» на данный объект.

Так, если на рис. 68, 69 и 70 посмотреть вдоль параллельных прямых, совмещая плоскость рисунка с направлением взгляда, то иллюзия исчезнет. Иллюзия может не наблюдаться, если этому не способствуют условия наблюдения. Следовательно, иногда мы можем видеть то, чего нам не удается заметить в другой обстановке.

Рис. 68

Рис. 69

Рис. 70. Параллельные прямые линии вследствие влияния фона кажутся непараллельными и изогнутыми.

На этом принципе основано рассматривание так называемых «загадочных картинок» и чтение «загадочных надписей». Эти картинки рисуют, умышленно увеличивая вертикальную протяженность предметов и сильно сокращая горизонтальную, а надписи пишут так, чтобы они состояли из букв, умышленно растянутых по высоте и узких в горизонтальном направлении (рис. 71).

Рис. 71. Прочтите арабскую пословицу.

Совмещая плоскость листа с плоскостью расположения глаз, мы сокращаем видимые вертикальные размеры букв и свободно читаем эту «загадочную надпись».

Оказывается, если фигуры рис. 68, 69 и 70 рассматривать при кратковременной вспышке света, то иллюзия исчезает.

Следует заметить, что иногда изменение направления линий и искажение формы фигуры происходит также и от того, что глаз следит за направлениями других линий, находящихся в поле зрения.

Таким образом, возможны случаи сочетания причин, вызывающих иллюзию зрения, например, преувеличение острых углов и психологический контраст, или одного из указанных обстоятельств, и того, что взгляд при обозревании фигуры скользит по окружающим ее линиям фона (рис. 72–78).[10]

Рис. 72. Средние части линий этой фигуры параллельны, но кажутся непараллельными.

Рис. 73. Прямолинейные стороны квадрата кажутся искривленными, а весь квадрат — деформированным.

Рис. 74. Стороны квадрата и прямые кажутся искривленными, непараллельными.

Рис. 75. Правый верхний угол квадрата кажется не прямым, а острым.

Рис. 76. Круг кажется овалом.

Рис. 77. Круг кажется овалом, симметричным относительно биссектрисы угла.

Следует заметить, что подавляющее большинство иллюзий зрения, приведенных нами в п. 4, 5 и 6, могут быть при желании устранены соответствующим изображением линий и фигур на тех чертежах и рисунках, где эти иллюзии могут появиться. Например, все те отрезки на рис. 21–45, которые кажутся нам большими, можно умышленно изобразить меньшими; кривые, углы, окружности, кажущиеся меньшими, можно умышленно увеличить; прямые, кажущиеся кривыми, можно изобразить кривыми так, чтобы они казались прямыми, и т. д. (рис. 78).

Рис. 78. Преднамеренное искривление прямых рис. 74 может создать впечатление, что на фоне концентрических окружностей начерчены правильный квадрат и параллельные прямые (иллюзия исчезнет).

Этими возможностями широко пользуются художники, на что еще в 1774 г. указывал Л. Эйлер, который писал: «Живописцы наипаче умеют обращать в пользу сию общую и всем сродную обманчивость», и далее пояснял: «На сей обманчивости все живописное художество основано. Ежели мы привыкли судить о вещах по самой истине, то бы сие искусство не могло иметь места, равно как и когда бы мы были слепы».

Как уже было указано ранее, архитекторы также очень часто встречаются с необходимостью исправления ошибочного зрительного впечатления, создаваемого некоторыми частями сооружений. Уже архитекторы Древней Греции преднамеренно вносили соответствующие коррекции (исправления) кажущейся кривизны, возникающей вследствие иллюзий зрения при наблюдении элементов, расположенных значительно выше горизонта. Аналогичные коррекции внесены в 1764 г. при сооружении портика в здании Пантеона Суффло в Париже.

Иллюзии, основанные на нашей способности ассимиляции (рис. 45–50), устранить труднее, но в этом случае мы можем избежать обмана зрения, пользуясь такими простейшими приспособлениями, как линейка и циркуль. В редких случаях устранять иллюзию нецелесообразно, например, в случае типографского шрифта (рис. 58).

7. Меняющийся рельеф и перспектива

Несколько интересных зрительных иллюзий имеют место при условиях изменяющегося видимого нами рельефа или глубины рисунка. Возникновение этих иллюзий связано, с одной стороны, с явлениями аккомодации и конвергенции глаз, т. е. с их способностью видеть предметы на разных расстояниях, со способностью воспринимать пространство по яркости предметов, по их теням и по числу промежуточных объектов. С другой стороны, эти иллюзии возникают и в процессе осмысливания видимого.

Огромная роль в исправлении пространственного восприятия принадлежит мозгу. В этом случае работа мозга, ясно не сознаваемая нами, совершается так же, как и при переворачивании обратных и при выпрямлении криволинейных изображений, получающихся на сетчатках наших глаз. Примеры иллюзий этого рода представлены на рис. 79–87.

Рис. 79. Отдельно вычерченные грани куба не способны создать впечатления пространственной фигуры.

Рис. 80. Что это? Раскрытая книга корешком к нам или корешком от нас?

Рис. 81. Это или пластинка с выемкой (задняя грань выемки АВ), или три стенки ящика, к которым прижата пластинка (передняя грань пластинки АВ)?

Рис. 82. Это или лестница, или ниша, или «гармошка» из полоски бумаги?

Нетрудно убедиться, что видимость разных предметов зависит здесь от того, как направлен наш взгляд. Если прежде всего направить взор на левую часть рисунка, будет видна лестница. Если взгляд скользит по рисунку справа налево, будет видна ниша. Если же взгляд следует по диагонали от нижнего правого края к верхнему левому, будет видна бумажка, сложенная «гармошкой».

Рис. 83. Правый куб кажется больше левого, хотя все три куба одинаковы. Сходящиеся линии мы воспринимаем как намек на глубину пространства.

Рис. 84. Присмотритесь! Выпуклые или вогнутые фигуры здесь изображены?

Рис. 85. Рис. 86. Сколько здесь кубиков и как они расположены?

Рис. 87. Как расположена эта призма? Какое ребро, аб или вг, ближе к нам? Какие грани помечены буквами А и Б?

При рассматривании рис. 80–87 изменения видимых нами рельефных изображений могут наступать как по нашему желанию, так и непроизвольно и иногда даже наперекор нашему желанию.

Например, на рис. 87 изображена стеклянная призма и от нас зависит увидеть ребро аб передним, а вг задним или, наоборот, увидеть А снаружи призмы, а Б внутри или тоже наоборот.

Призма, наконец, может быть полой, и грань А или грань Б могут отсутствовать вовсе. Для решения этих вопросов требуется некоторое напряжение зрительного аппарата, после чего мы в состоянии увидеть на рис. 87 то, что нам заблагорассудится. Если бы на призме части ребер, скрытые гранями, не были вычерчены, мы видели бы только одно, совершенно определенное положение призмы в пространстве. Точно так же, если рассматривать только две проекции двух прозрачных стеклянных ваз (рис. 88), не видя третьей проекции, трудно себе представить, которая из ваз расположена ближе к нам и касаются ли друг друга эти вазы. После построения третьей проекции мы уверенно и строго определяем, что бочкообразная ваза стоит ближе к нам и что вазы не соприкасаются.

Рис. 88. Закрыв нижнюю часть рисунка (пунктирный план), попробуйте определить, как расположены вазы в пространстве. Касаются ли они друг друга?

У нас выработалась привычка считать, что предмет, изображенный на рисунке, освещался слева, а тени его на изображении располагаются справа и снизу. На этом основании мы изображение мальтийского креста (слева на рис. 89) принимаем за выпуклую фигуру. Но вот по ошибке клише этого рисунка перевернули, и каждый, пожалуй, скажет, что крест справа представляет собой углубленную фигуру.

Рис. 89

Наши глаза аккомодируют в соответствии с тем, на чем мы фиксируем свое внимание, и в соответствии с этим мы видим одни части фигуры ближе, а другие дальше.

Предметы, находящиеся от нас на большом удалении, кажутся нам маленькими благодаря тому, что угол, образованный лучами, падающими от крайних точек предмета на зрачок глаза, уменьшается. Этот угол называется углом зрения.

Какая из вертикальных линий, изображенных на рис. 90, самая длинная? Кажется, что крайняя слева. Однако все вертикальные линии одинаковой длины. Эта фигура поясняет образование угла зрения, а иллюзия объясняется тем, что левая линия стягивает наибольший угол зрения, а другие углы являются лишь его частями.

Рис. 90

Явление видимой сходимости параллельных линий вдали (полотно железной дороги, шоссе и т. п.) называется перспективой. Чтобы изобразить на рисунке некоторую часть пространства, заполненную предметами, и чтобы этот рисунок производил впечатление действительности, необходимо уметь пользоваться законами перспективы. Все линии на этом рисунке, идущие в действительности параллельно земной поверхности, должны быть изображены сходящимися в некоторой точке горизонта, называемой «точкой схода». Выбор уровня земной поверхности и горизонта, а также «точки схода» может быть произвольным.

Линии же, идущие под разными углами, должны сходиться по ту или другую сторону «точки схода» тем дальше от нее, чем под большим углом к линии прямого зрения они проходят. Из этих точек особенно замечательной является точка, где сходятся линии, идущие под углом в 45° к линии прямого зрения; эта точка называется «точкой отдаления». Она замечательна тем, что удалена от «точки схода» на то расстояние, на которое был удален глаз художника от картины, когда он ее писал. Для рассматривания картины выгоднее всего помещать глаз в «точку отдаления». В том, какое это имеет значение, легко убедиться, рассматривая рис. 91. Если смотреть на этот рисунок издали, то он производит впечатление плоского.

Если же поместить глаз против «точки схода» на расстоянии 3,5 см от рисунка (равном расстоянию от «точки схода» до «точки отдаления»), то рисунок производит впечатление объемности.[11] Изображенный на нем коридор уходит вглубь, пол его состоит из правильных квадратов, а потолок кажется сводчатым. От выбора высоты горизонта и точки отдаления в сильной степени зависит вид изображаемых предметов на рисунке и реалистичность всей картины. Известна, например, «лягушачья перспектива», когда точка схода очень низка, и известна перспектива «птичьего полета».

Рис. 91

Кроме линейной перспективы, в живописи считаются еще с воздушной перспективой, т. е. с различной яркостью предметов, находящихся на переднем, среднем и заднем планах картины из-за поглощения и рассеяния света в воздухе.

Перспективное восприятие пространства, выработанное многовековой эволюцией зрения, человек переносит и на рассматриваемые им картины и фотографии, на которых изображены разно удаленные предметы (рис. 92–94).

Рис. 92. Вследствие несоблюдения правил перспективы фигура старика, идущего впереди, кажется много выше фигуры мальчика, идущего сзади, хотя фигуры одинаковы.

Рис. 93. Из всех фигур самая высокая фигура девочки, идущей сзади. Несоблюдение правил перспективы во всех деталях рисунка искажает видимые размеры.

Рис. 94. Какое расстояние больше: АВ или АС? Неправда ли, АС больше? А теперь измерьте.

Наряду с нормальной перспективой современной живописи существует так называемая обратная перспектива. В том, что такая перспектива существует, легко убедиться, проделав следующий опыт. Спичечную коробку поместим перед глазами на уровне кончика носа и на расстоянии 10 см от него так, чтобы сторона с рисунком была обращена вверх. Рассматривая коробку в этом положении двумя глазами, заметим, что более удаленный ее конец кажется шире ближайшего. Это можно объяснить тем, что ширина предмета в этом случае меньше расстояния между глазами, и мы имеем дело с иллюзией зрения.

Однако почему же на рисунках и иконах живописцев Древней Руси все предметы независимо от их размеров изображены именно в обратной перспективе? В этом можно убедиться, рассматривая, например, изображение «Троицы» из иконостаса Троицкого собора в г. Загорске, хранящееся теперь в Третьяковской галерее. Эта картина (рис. 95) написана великим художником Древней Руси Андреем Рублевым. Здесь доски под ногами ангелов справа и слева узкие на переднем плане и широкие на заднем, стол почти параллелен плоскости картины и на заднем плане шире, чем на переднем.

Рис. 95. Изображение «Троицы» А. Рублева, исполненное в обратной перспективе.

Больше того, на иконе «Омовение ног», написанной также А. Рублевым, даже архитектурные сооружения изображены в обратной перспективе. Русский художник второй половины XV и начала XVI века Дионисий на своих фресках многие предметы пишет также в обратной перспективе. Некоторые историки живописи указывают, что художники древности вообще не уделяли внимания перспективе, и новая фаза в этом отношении наступила якобы с XV века. Известно, что воздушная перспектива начала применяться наряду с линейной только в XVII веке.

«Пренебрежение» перспективой наблюдалось и у западноевропейских живописцев древности. Так, например, некий германский живописец в 1420 г. изобразил в картине «Райский сад» все предметы в обратной перспективе.

Однако, убедившись в существовании обратной перспективы, мы все же не можем сделать вывод, что расстояние между глазами у древних живописцев было больше размеров тех сооружений, которые они изображали. Почему же они все-таки применяли обратную перспективу? На этот вопрос еще никто не дал удовлетворительного ответа.

Использование правил перспективы в живописи позволяет получить достаточно полное сходство живописного рельефа на плоской поверхности картины с видимыми размерами предметов и светотенями в действительности.

Знание правил перспективы и следование им неизбежно предполагает проницательное наблюдение природы.

«Смотри в оба», говорят человеку, поручая ему ответственное дело. Однако человек в определении больших расстояний способен ошибаться. Например, житель равнин ошибочно определяет расстояние в гористых местах, где, по причине высокой прозрачности воздуха и непривычных для глаза размеров гор, все предметы кажутся гораздо ближе.

Решающее значение в восприятии рельефа и перспективы имеет зрение дйумя глазами, в чем легко убедиться, пользуясь рис. 96–99.

Рис. 96. Линии ab и cd кажутся ли вам вертикальными для обоих глаз?

Так, на рис. 96 прямая аЬ кажется не вертикальной для правого глаза, а прямая cd для левого.

Вертикальными и перпендикулярными к АВ кажутся линии, намеченные короткими отрезками αβ и уδ.

Эта иллюзия происходит оттого, что когда мы хотим опустить взор, то совершенно непроизвольно глаз поворачивается несколько внутрь, когда мы следим взглядом снизу вверх, то глаз невольно поворачивается наружу.

Поэтому движение глаза, совершаемое таким образом, кажется нам вертикальным, а если нам дается действительно вертикальная прямая, то она должна казаться нам несколько наклоненной.

Действие каждого глаза поясняет еще и такой опыт, который тоже приводит к зрительной иллюзии.

Соединим перед собой на расстоянии 35–50 см концы указательных пальцев так, чтобы они составляли продолжение один другого, и посмотрим «сквозь пальцы» на удаленную стенку. Нам будет казаться, что между пальцами зажата маленькая «сарделька», которая, если немного раздвинуть пальцы, повисает в воздухе (как схематически показано на рис. 97).

Рис. 97

Длина «сардельки» будет тем больше, чем дальше будет находиться рассматриваемый «сквозь пальцы» предмет. Объясняется эта иллюзия тем, что правым глазом мы не видим часть стены, ограниченную линиями ABC и KLM, а левым — часть стены, ограниченную линиями АВ'С и KL'M. В итоге совсем невидимая часть стены и имеет вид «сардельки». Наконец, еще одно интересное наблюдение. Если смотреть правым глазом через трубку на какой-нибудь предмет, а ладонью левой руки, касающейся трубки, заслонить предмет от левого глаза, то у нас создается впечатление, что предмет виден и левым глазом, но сквозь «дырку в ладони» (рис. 98).

Рис. 98

Если на плоском рисунке мы и различаем в какой-то степени объем и удаленность предметов, то это достигается благодаря побочным признакам, связанным с опытом: видимой величиной предметов, тем, что одни предметы загораживают другие предметы, и т. д.

Рассматривая какой-либо чертеж, мы, вполне сознательно пользуясь условным изображением объекта, определяем форму деталей.

Если есть два изображения предмета, полученные раздельно «с точки зрения» правого и левого глаза, то нетрудно получить объемное изображение предмета. Для этого нужно рассматривать эти изображения, установив перегородку (например, лист бумаги) между глазами (от плоскости рисунка до самого носа). После некоторой тренировки кубик, изображенный на рис. 99, можно увидеть объемным. Известно, что наиболее отчетливое наблюдение перспективных изображений на специальных рисунках производится с помощью стереоскопа — оптического прибора, совмещающего два отдельных изображения предмета, полученных так, как их видит отдельно правый и левый глаз человека.

Рис. 99. Так этот стеклянный кубик представляется отдельно левому и правому глазу. После определенной тренировки можно научиться видеть объемное изображение этого кубика.

Нужно только обязательно поставить перегородку, начиная от плоскости страницы (между изображениями) и до носа.

Впервые зеркальный стереоскоп был построен в 1838 г. английским физиком-экспериментатором Уитстоном.

Обратим внимание на следующее интересное явление. Что если в стереоскоп поместить рис. 60? Казалось бы, правая и левая половина рисунка сольются, и мы будем видеть сетку из горизонтальных и вертикальных линий.

Однако этого не произойдет. Если же мы повернем левую половину рис. 60 так, чтобы на обеих его половинах были только горизонтальные линии, то рисунки сольются, и мы будем видеть одни линии дальше, а другие ближе, за счет неточности вычерчивания. Наблюдаемое таким способом явление несовпадения рисунков называют «спором полей зрения».

На принципе использования глубинного стереоскопического зрения построены специальные приборы, при помощи которых теперь измеряют расстояния с высокой точностью. В настоящее время при помощи специальных (растровых) линзовых экранов стереопары кинокадров демонстрируются в стереоскопических кинотеатрах, где для всех зрителей создается впечатление рельефности и перспективности изображений.

Значительно раньше, чем появился стереоскоп, строились так называемые панорамы. Это — картины, представляющие для зрителя ландшафты или сцены так, как если бы зритель сам находился среди них. Для этого полотно, на которое они наносятся, натягивается в круглом здании и окружает таким образом зрителя со всех сторон.

Перспектива изображения в этом случае рассчитана на то, чтобы зритель рассматривал ее, находясь в определенном положении (точка отдаления). Если же рассматривать картину с другого положения, то изображения многих предметов могут казаться сильно искаженными. Степень искажения плоскостного рисунка может быть настолько велика, что мы считаем этот рисунок загадочным или не отображающим реальные предметы. Например, посмотрим на рис» 100.

Здесь дом изображен в таком виде, каким в обычных условиях его никогда не приходится видеть: он имеет необычно длинные трубы, он узкий у фундамента и необычайно широкий у крыши. Беседка на рисунке падает, деревья растут наклонно и в разные стороны, женщина слева падает вперед, а пара, идущая справа, — назад. Однако этот загадочный вид получился потому, что этот плоскостной рисунок не передает нам впечатление перспективы «птичьего полета».

На этом рисунке, пользуясь карандашом и линейкой, можно найти точку схода. Для этого надо продолжить до пересечения, например, две линии, изображающие ребра углов фасада, — точка схода окажется внизу. Вместо того чтобы искать построением точку отдаления, можно воспользоваться фигурой, изображенной справа на рис. 100.

Рис. 100

Если такую фигуру вырезать из плотной бумаги (расстояния от центра отверстия D до линии АВ — 53 мм, до точки С — 58 мм, диаметр отверстия D — 6 мм), перегнуть ее по линии АВ, а затем поставить на рис. 100 так, чтобы точка схода находилась в вершине выемки С, и смотреть одним глазом в отверстие D, то… вся видимая картина изменится. Загадочность постройки исчезнет, деревья и беседка будут казаться стоящими вертикально по отношению к земле, идущие люди примут нормальное положение.

Больше того, рисунок станет рельефным, и мы скажем, что это не просто изображение, а панорама. Рассматривая рисунок, мы убедимся, что художник изобразил вид, представившийся ему с воздушного шара — «точка отдаления» была выше дома. Положение фигур, тени и отдельные линии этого рисунка могут быть восприняты нами как реальные только при наблюдении из того положения, в каком находился художник.

Американский писатель Эдгар По в своем рассказе «Сфинкс» описывает, как герой этого рассказа увидел в окно чудовище, спускающееся с холма в лес. На самом деле это была бабочка, спускающаяся вблизи оконного стекла по паутине на фоне безлесного холма.

Главным источником ошибок при многих исследованиях является склонность человека придавать недостаточное или чрезмерное значение исследуемому предмету в зависимости от расстояния до этого предмета, причем это расстояние очень часто определяется неверно.

Человек видит достаточно отчетливо только те предметы, которые находятся в центральной части его поля зрения. Таким образом, поле ясного видения стягивается для желтого пятна углом всего лишь в б—8°, а для центральной части сетчатки — углом не более 40°. Другие предметы, находящиеся вне пределов этого угла, глаз воспринимает нечетко — периферическим зрением. Но именно периферическое зрение дает нам возможность «чувствовать» окружающее пространство.

С недавнего времени в наших городах появилось так называемое «панорамное» кино, в котором на цилиндрический экран проектируются пленки, снятые несколькими аппаратами, расположенными так, что их углы зрения являются секторами одного круга. Эти картины заполняют не только центральную, но и периферическую часть поля зрения, благодаря чему создается так называемый «эффект присутствия», т. е. у зрителя создается впечатление, будто бы он сам присутствует при тех событиях, которые разыгрываются на экране.

8. «Фигура» и «фон»

Укажем здесь на ряд иллюзий зрения, обусловленных влиянием контраста яркости, т. е. отношения разности яркостей объекта и фона к яркости фона. Предметы и фигуры мы привыкли всегда видеть на том иди ином фоне.

Мы уже указывали (см. п. 6), что при рассматривании фигур мы иногда их части уподобляем фигуре в целом. Там речь шла об общепсихологическом контрасте.

Что же можно сказать о контрастах яркости?

Во-первых, оказывается, что на более темном фоне мы видим фигуры более светлыми и, наоборот, на светлом — более темными. Доказательством этого могут служить фигуры, изображенные на рис. 101–103.

Рис. 101. Рис 102. Заштрихованная фигура справа кажется светлее гакой же фигуры на светлом фоне слева.

Рис. 103. Перекрестки белых полосок между черными квадратами кажутся серыми.

Между прочим, иллюзии, происходящие вследствие контраста яркости, показанные на этих рисунках, можно наблюдать и при цветном исполнении этих фигур.

На основании изложенного иллюзию серых пятен на пересечениях черных линий рис. 18 (см. п. 3) частично можно объяснить явлением иррадиации, а частично и влиянием контраста яркости. Наконец, иллюзии рис. 104–106 уже никак нельзя объяснить только явлением иррадиации. Впервые их сопоставил и дал им объяснение в предисловии к своему альбому иллюзий Я. И. Перельман.[12]

Рис. 104. Кружки кажутся шестигранниками при рассматривании на близком расстоянии.

Рис. 105. То же, но при рассматривании с расстояния, большего, чем на рис. 104.

Рис. 106. Кружки также кажутся шестигранниками, хотя они белые, а фон черный.

Во-вторых, интересно явление так называемого краевого контраста, заключающееся в том, что создается впечатление, будто яркости каждого прямоугольника фигуры на рис. 107 не одинаковы, а несколько темнее у границ с более светлым участком и несколько светлее у границ с более темным. Иногда даже кажется, что эти прямоугольники заштрихованы так, чтобы создавалось впечатление их поперечной вогнутости. Однако, заслоняя соседние полосы, можно убедиться, что каждая отдельная полоса имеет совершенно однотонную штриховку.

Рис. 107

В-третьих, при восприятии фигуры и фона мы склонны видеть прежде всего пятна меньшей площади, а также пятна более яркие, «выступающие», причем чаще всего фон нам кажется лежащим дальше от нас, за фигурой. Чем больше контраст яркости, тем лучше заметен объект и тем отчетливее видны его контур и форма. Примеры сказанному мы находим на рис. 108–111.

Рис. 108. В первую очередь мы воспринимаем либо только темную, либо только светлую части фигуры.

Рис. 109. Буква С видна более отчетливо (как более знакомая), чем яркая фигура фона, окружающего букву.

Рис. 110. В первую очередь большинство видит на этом рисунке вазу, а затем два силуэта.

Рис. 111. То же произойдет и при изменении яркости фигуры и фона.

Читателю, взглянувшему мгновенно на горизонтальный верхний или средний ряд черных кружков рис. 112, трудно определить число кружков, помещенных слева и справа от вертикальной черточки. Если же эти кружки расположить по так называемым числовым фигурам, то сосчитать кружки при мгновенном взгляде не представит никакого труда.

Рис. 112. Кружки» расположенные по числовым фигурам, можно сосчитать мгновенно. А если кружки расположены в линию, можете вы так же быстро определить их число?

Наконец, интересно также явление «отпадания к фону» некоторых частей фигур. Так, если прямоугольный предмет, окрашенный черной краской, как показано на рис. 113, наблюдать с некоторого большого расстояния на белом фоне, то он будет выглядеть приблизительно таким, каким изображен на рис. 114.

Рис. 113

Рис. 114

В этом случае белые пятна на предмете, тонкие линии его контура и резкие переходы от фигуры к фону на углах отпадут к фону, и форма предмета будет казаться искаженной. Глаз очень часто темное пятно принимает за тень от других рядом стоящих предметов.

Видимая форма и очертание предметов могут искажаться не только вследствие отпадания частей контура к фону, но и такой пятнистой окраской предмета, когда его контур кажется деформированным, искаженным.

Например, трудно сразу сказать, что на рис. 115 изображен силуэт кролика. Иногда пятнистая окраска может заранее учитывать изменение яркости местных предметов и яркости фона при их перемещении, при мерцании воздушной дымки, при волнующейся поверхности моря, при движении облаков и т. п.

Рис. 115

На этих принципах основана камуфляжная окраска предметов пятнами разных цветов в целях военной маскировки. Такая же окраска «камуфляж» наблюдается в мире животных и растений, служит для них защитной окраской. По вопросам расположения пятен и подбору маскирующих окрасок различных объектов имеется обширная специальная литература.

Приведенные в этом разделе иллюзии еще раз подтверждают то обстоятельство, что их появление во многом зависит от того, какое «толкование» или «оформление» видимого происходит в нашем сознании.

9. Портретные иллюзии

Многим приходилось видеть так называемые загадочные, как бы живые, портреты, которые всегда смотрят прямо на нас, следя за нашими передвижениями и обращая глаза туда, куда мы переходим. Эта интересная особенность таких портретов известна очень давно и многим всегда казалась непонятной. В давние времена такие портреты вызывали суеверный страх, и этим иногда пользовались служители культа, пугая людей изображениями богов и чудотворцев — иконами, умышленно написанными так, чтобы вселять «страх Божий».

Нервных людей такие портреты иногда буквально пугают. В повести Н. В. Гоголя «Портрет» приводится описание портрета одного злого и жадного петербургского ростовщика, погубившего своими действиями многих людей. Там приводится такое описание портрета:

«Два страшные глаза прямо вперились в него; на устах написано было грозное повеление молчать… Глаза вперились в него и, казалось, не хотели ни на что другое глядеть, как только на него…

Портрет глядит мимо всего того, что есть вокруг, прямо в него, — глядит просто к нему вовнутрь…».

Вариантом повести Н.В. Гоголя является повесть «Портрет» советского писателя А. Н. Толстого, где также описываются «чудесные свойства» глаз графа-крепостника, изображенных его крепостным художником.

Прогуливаясь по залам Третьяковской галереи, вы можете увидеть несколько портретов великих русских художников; это портреты, которые обладают свойством «оборачивать взгляд к зрителю», что, конечно, ничего, кроме эстетического наслаждения, у вас не вызовет. К такого рода портретам относятся, например: портрет драматурга А. Н. Островского работы художника В. Г. Перова, его же автопортрет, портрет Л. Н. Толстого работы художника И. Н. Крамского и некоторые другие портреты.

Следовательно, загадочность таких живых портретов уже разгадана, а суеверные легенды, созданные по этому поводу, являются всего лишь досужим вымыслом.

Чем же объясняется такое свойство этих портретов?

Во-первых, оно объясняется тем, что зрачки глаз на портрете помещены в середине разреза глаз. Именно такими мы видим глаза, смотрящие на нас, когда же глаза смотрят в сторону, мимо нас, то зрачок и вся радужная оболочка кажутся нам находящимися не на середине глаза, несмещенными вбок. Когда мы отходим в сторону от портрета, зрачки, конечно, своего положения не меняют — остаются посреди глаз, а так как все лицо мы продолжаем видеть в прежнем положении по отношению к нам, то нам и кажется, что портрет повернул голову и следит за нами.

В настоящее время иногда пользуются такими плакатами для агитационных и рекламных целей. Образец агитационного плаката времен гражданской войны, выполненного советским художником Д. Е. Моором, приведен на рис. 116.

Рис. 116

Во-вторых, причиной появления иллюзии живого портрета, чаще всего в случае портретов — художественных произведений, оказывается особое расположение теней на верхней части лица и около глаз, которое скрадывает иногда и легкий поворот головы, и некоторое смещение зрачков к краям глаза, и взгляд кажется обращенным не в сторону, а непосредственно на нас.

Следует заметить, что и глаза животных (лошадей, собак, оленей) можно изобразить так, что они будут всюду следить за нами. Этот эффект использовался когда-то при демонстрации первых «живых картин» в кино.

Есть еще особенности портретов, подмеченные впервые английским физиком У. Волластоном. Во-первых, о выражении лица мы судим не столько по самим глазам, сколько по линиям рта. Так, например, вопросительный взгляд, принадлежащий лицу на рис. 117 слева, превращается в насмешливый на лице, изображенном на рис. 117 справа, хотя положение глаз в обоих случаях остается неизменным.

Рис. 117

Во-вторых, о направлении взгляда во многих случаях мы судим не столько по самим глазам, сколько по повороту лица, по положению носа, рта и т. д. Этими свойствами портрета пользуются многие художники.

Наконец, на черном фоне рис. 118 изображены два артиста, у которых художник не нарисовал ни рук, ни ног, ни туловища. Подсознательно вы как бы видите ноги и представляете себе положение рук, в особенности, если смотрите на рисунок на расстоянии 80 сантиметров.

Рис. 118. О положении корпуса тела человека можно судить по положению головы и рук.

Очень часто художнику, для того чтобы вызвать в нашем сознании определенный образ, достаточно воссоздать какой-либо один из признаков этого образа: или очертание предмета, или же световое впечатление, которое он на него производит. Прочие признаки могут автоматически добавляться нашей рассудочной деятельностью вследствие привычки всегда видеть их в связи с другими. Бывает и так, что мы видим на полотне предметы, не изображенные на нем. При рассматривании некоторых картин легко убедиться, что мы различаем отдельные волоски на бороде или листья на деревьях там, где эти предметы отсутствуют.

Художник же не писал ни волос, ни листьев, но воспроизвел известное действие света, отраженного от шероховатой поверхности полотна, а так как подобное освещение мы наблюдали на волосах или листьях, то наше сознание дает нам впечатление того, чего глаза вовсе не видят. Вот почему картина, верная во всем, что касается очертаний, перспективы, освещения и красок, вызывает у нас совершенно такое же зрительное впечатление, как и сами предметы, изображенные на картине.

Интересна игра, предложенная художницей Т. Я. Кобриной. Дается контур головы (рис. 119) и предлагается на его основе изобразить несколько карикатур или шаржей, причем допускаются любые повороты контура так, что линия 00 может образовать любой угол с горизонталью.

Рис. 119

И вот, скажем, два художника, соревнуясь между собой, дали по три карикатуры, изображенные на рис. 120.

Рис. 120

Нетрудно убедиться, что можно дать еще несколько подобных рисунков в пределах того же контура, и это свидетельствует о том, насколько содружественны наше зрение и мышление.

Следующей разновидностью зрительной иллюзии, связанной с портретами, является иллюзия вторичного изображения. Она заключается в следующем. Если на темный (плотный) негатив смотреть внимательно, и по возможности не смещая взгляда с двух белых точек на нижней части лица в продолжение 10–15 секунд, а затем быстро перевести взгляд на лист белой бумаги и также неподвижно смотреть на него, то примерно через 2–3 секунды на листе появится позитивное изображение негатива. Это вторичное изображение будет видно примерно 6–8 секунд (рис. 121, 122).

Рис. 121. Рассматривая длительное время, не мигая, негативный рисунок и переведя затем взгляд на белый фон, мы можем увидеть позитивное изображение.

Рис. 122. Рассматривая темный силуэт мальчика длительное время, не мигая, и переведя затем взгляд на белый фон, мы можем увидеть светлое изображение силуэта на сером фоне.

Иллюзия вторичного изображения объясняется тем, что при рассматривании негатива более утомляются нервные волокна (колбочки) той части сетчатой оболочки глаза, на которые приходятся светлые (белые) места негатива; а те места сетчатки, на которые падает мало отраженного света (от темных мест негатива), утомляются меньше.

Когда затем мы переводим взгляд на белую бумагу, на все участки сетчатки падает много света. Неуставшие нервные волокна сетчатки легко реагируют на этот свет, создавая в мозгу впечатление белого. Участки сетчатки с утомленными нервными волокнами еще не могут реагировать на свет в полную силу, и в нашем мозгу создается впечатление позитивного портрета.

Утомляемость нервных волокон сетчатки можно наблюдать также, рассматривая рис. 123.

Рис. 123. При длительном рассматривании белого квадрата нижняя белая полоска исчезнет.

Подобное же явление можно наблюдать, рассматривая ряд черных пятен на белой бумаге и фиксируя взгляд на одном из них; через короткий промежуток времени другие пятна начнут исчезать, но затем появляться вновь (опыт Троксера).

Наконец, на рис. 124 представлена еще одна иллюзия, близкая по существу к приведенным в этом параграфе.

Рис. 124. То, что изображено на этом рисунке, можно лучше увидеть с расстояния вытянутой руки.

10. Иллюзии при движении объекта

Великий русский физиолог И. М. Сеченов по вопросу о зрительном восприятии движений стоял на материалистической точке зрения. Он писал: «…в отношении движений, за которыми глаз в силах уследить, представляемое и действительное совпадают друг с другом». Оказывается, что при движении объекта наблюдения встречается также ряд зрительных иллюзий, которые обусловлены некоторыми свойствами нашего зрительного аппарата.

Еще Клавдий Птолемей (II в. н. э.) в своей «Оптике» говорит, что если круг с окрашенным сектором привести во вращение, то весь круг нам кажется окрашенным.

Очевидно, еще древним было известно, что движущийся с некоторой скоростью по кругу огонь превращается для нас в сплошное огненное кольцо.

Наш глаз обладает свойством удерживать в течение долей секунды зрительное впечатление, хотя видимый предмет уже исчез из поля зрения.

Зрительное ощущение света требует некоторого времени для возникновения. Если перед глазом, адаптированным на темноту, внезапно появится ярко освещенная поверхность, то зрительное ощущение от нее возникает примерно через 0,1 сек. При меньшей разности яркостей поля адаптации и возникающей светлой поверхности это время увеличивается до 0,2–0,3 сек, при большей оно сокращается.

При этом сила возникающего зрительного ощущения вначале резко нарастает — «вспышка» кажется ярче, чем в действительности, но затем сравнительно быстро «приходит» нормальное ощущение яркости. К этой инерционности зрения прибавляется еще инерционность нервной системы, в которой сигнал от органов зрения и ответный сигнал двигательным органом распространяется хотя и с большой, но не с бесконечной скоростью. С момента подачи сигнала средней силы до момента ответного движения человека проходит в среднем 0,19 сек. У отдельных лиц это время колеблется в пределах от 0,15 до 0,225 сек. Когда человек воспринимает сигнал одним глазом, он реагирует на этот сигнал медленнее: «отставание» равно примерно 0,015 сек.

Только в первой половине XIX века начали пользоваться этой особенностью зрительного восприятия движущихся объектов. Так, в 1825 г. во Франции был построен прибор, так называемый «тавматроп»,[13] представляющий собой кусок картона, на одной стороне которого нарисована, например, клетка, а на другой — птичка (рис. 125).

Рис. 125. Эту птичку можно увидеть сидящей в клетке.

При быстром вращении и одновременном наблюдении обеих сторон картона птичка будет казаться сидящей в клетке. Можно кусок картона с рисунками на обеих сторонах укрепить на оси волчка. Тот же опыт можно проделать с карточкой, у которой на одной стороне нарисована скачущая лошадь, а на другой жокей (рис. 126).

Рис. 126. Если картонную карточку с изображением скачущей лошади на одной ее стороне и жокея на другой стороне начать быстро вращать на раскручивающейся ниточке, то мы увидим жокея на лошади (как показано здесь внизу).

Возможен ряд самых разнообразных вариантов этой игрушки: охотник без дичи и с дичью, две отдельные части одного и того же слова, балерина отдельно от партнера и т. д.

Между прочим, иллюзия пребывания птички в клетке может быть получена и другим способом. Следует взять половину почтовой открытки и поместить ее вертикально между птичкой и клеткой так, чтобы тень от открытки не падала на рис. 125, затем прислонить открытку вместе с рисунком к носу и смотреть одним глазом на клетку, а другим на птичку. При этом окажется, что птичка сдвинулась и вошла в клетку. Эта иллюзия объясняется слиянием изображений предмета в правом и левом глазу в нашем сознании в единый зрительный образ (стереоэффект).

В 1829 г. бельгийский физик Ж. Плато построил прибор, названный им «фенакистископом»,[14] состоящий (рис. 127) из картонного круга, разделенного на несколько секторов с таким же числом окошечек; в секторах размещены изображения дровокола в последовательных положениях при раскалывании полена топором. Если встать перед зеркалом и смотреть при быстром вращении круга в окошечко, то получится впечатление работы дровокола.

Рис. 127

Известна также спираль Плато, на которой можно наблюдать последовательный образ движения. Если диск со спиралью (рис. 128) вращать по часовой стрелке, то после продолжительного фиксирования ее глазом у нас возникает впечатление стягивания всех ветвей спирали к центру; при вращении спирали в обратном направлении мы видим расхождение спиралей от центра к периферии.

Рис. 128

Если после длительного рассматривания движущейся спирали взглянуть на неподвижные предметы, мы увидим их движение в обратном направлении. Так, например, если после длительного наблюдения за местностью из окна движущегося поезда или за водой из окна движущегося парохода мы переведем взгляд на неподвижные предметы внутри вагона или парохода, то нам покажется, что они тоже движутся, но в обратном направлении. Эти иллюзии связаны с последовательными движущимися образами.

Всем хорошо знакома иллюзия зрения, когда из окна стоящего поезда вы видите, как трогается в путь соседний поезд. Вам кажется, будто ваш поезд медленно отправляется со станции. Вы уже привыкли связывать в сознании движущиеся образы со своим движением.

Вы смотрите в окно из вагона курьерского поезда, идущего со скоростью 60 километров в час. На откосах насыпи растут красные цветы, и вы хотите узнать их: что это, розы, маки или георгины? Однако цветы мелькают и узнать их не удается, хотя поезд продвигается всего лишь на 16 метров в секунду. Известно, что ласточка летает со скоростью около 90 м/сек и на лету хватает крошечных насекомых, пролетает как стрела через отверстия чуть больше ее самой. Следовательно, она видит все предметы вокруг себя, и зрительные впечатления у нее не сливаются.

Человек не может уследить за подробностями более или менее быстрых движений. Поэтому нам кажутся иногда странными моментальные снимки идущего человека и т. п.

Правильным будет утверждение, что реальность вещей, как они воспринимаются нашим зрением, вернее передает изобразительное искусство, чем моментальная фотография.

Вслед за «игрушками», подобными изображенным на рис. 125–127, последовал ряд изобретений, позволяющих видеть движущиеся фигуры при вращении дисков. Все эти устройства являлись предшественниками современного кинематографа, и, по существу, действие их всех основано на способности глаза сохранять в течение некоторого времени произведенное на него световое воздействие. Глаз в течение приблизительно 0,1 секунды еще «видит» то, что уже исчезло. Так, в современном кино при смене 24-х кадров в секунду и при перекрытии окна проектора в момент смены кадра особым экраном (обтюратором) наш глаз не замечает этой смены и воспринимает не движение ленты, а более медленное движение фигур, проектируемых на экран.

Одновременный контраст яркости ахроматических поверхностей можно удобно наблюдать, кроме способа, представленного на рис. 107, с помощью диска рис. 129.

Рис. 129

Если этот диск быстро вращать вокруг оси, то получается шесть колец, яркость которых изменяется от белого крайнего до черного в центре диска.

Объективно эти кольца по всей их радиальной ширине будут иметь одинаковую яркость; субъективно же там, где какое-либо кольцо соприкасается с более светлым, оно кажется заметно более темным; там, где оно соприкасается с ближайшим более темным, оно представляется более светлым.

Гельмгольц объясняет это обманом нашего суждения, он говорит: «Человек среднего роста рядом с очень высоким кажется маленьким, потому что в этот момент мы ясно видим, что существуют более высокие люди, но не видим, что существуют также и более низкие. Тот же самый человек среднего роста, поставленный рядом с низким, будет казаться высоким». Ясно, что опыт растушевки темного пятна по всей поверхности диска при его вращении связан с явлением сохранения зрительного впечатления. Такой же опыт предпринимается с цветным диском для наблюдения явления смешения цветов.

На принципе сохранения зрительного впечатления в течение десятых долей секунды основаны применяемые сейчас в технике стробоскопические[15] методы измерения длительности периодов быстро протекающих процессов.

Так, например, наблюдатель, вооруженный быстродействующим затвором, рассматривает сквозь него вращающийся диск, причем срабатывание затвора происходит как раз в такой момент времени, когда диск занимает строго определенное положение. При частоте срабатывания затвора более 10 раз в секунду некоторый сектор диска или радиус, прочерченный на нем, будут казаться наблюдателю неподвижными.

Иной способ получения стробоскопического эффекта заключается втом, что исследуемую вращающуюся деталь освещают кратковременными световыми вспышками. Если частота повторения вспышек совпадает с числом оборотов детали в секунду, а интервал между вспышками меньше 0,1 секунды, то в этом случае вращающаяся деталь покажется наблюдателю неподвижной.

Телевидение также использует закон сохранения зрительного впечатления. В этом случае на люминесцирующем экране электронно-лучевой трубки приемника электронный луч, с очень большой скоростью, как бы «рисует» изображение видимой нами картины, двигаясь по горизонтальным строкам и от строки к строке смещаясь по вертикали. На самом деле он в точности повторяет движения другого электронного луча, движущегося таким же образом по изображению, полученному в передатчике телестудии.

Вследствие большой скорости перемещения электронного луча от верхней части экрана строчками до нижней его границы, мы не замечаем этого движения, но воспринимаем все изображение в целом. Электронно-лучевой метод разложения изображения, передаваемого на дальнее расстояние, был впервые предложен в 1907 г. русским ученым Б. Л. Розингом.

Весьма интересная иллюзия, связанная с появлением цветной окраски на черно-белом вращающемся диске (рис. 130), наблюдалась еще в прошлом веке Бенхэмом и используется теперь в психофизиологических опытах.

Рис. 130. Диск Бенхэма.

Вращая диск со скоростью 6—10 оборотов в секунду по часовой стрелке при достаточно ярком свете, мы заметим на диске цветные кольца. Более отдаленное от центра кольцо приобретает сине-фиолетовый оттенок, затем следует зеленоватое, желтоватое и красноватое кольца. При вращении диска против часовой стрелки порядок следования цветных колец меняется на обратный. На периферическом кольце другого диска, изображенного на рис. 131, появляется красноватый налет, а на внутренней синеватый, конечно, если этот диск привести во вращение. При увеличении скорости вращения синеватый налет исчезает, и весь диск будет казаться красноватым.

Рис. 131

Появление цветной окраски при изменении скорости чередования черных и белых полос привлекает сейчас внимание исследователей, работающих над проблемами цветного телевидения. Однако существующие объяснения этой иллюзии нельзя считать полными и исчерпывающими.

Многие иллюзорные движения объясняются как явлением сохранения зрительного впечатления, так и некоторыми еще недостаточно выясненными физиологическими явлениями, имеющими место в процессе зрительного восприятия (рис. 132–135).

Рис. 132. Фиксируя взгляд на одном правом или на одном левом черном кружке и покачивая рисунок, мы увидим, что черный кружок катится по желобу.

Рис. 133. При покачивании этой фигуры вправо и влево можно наблюдать перемещение глаз на изображенных здесь рожицах.

Рис. 134. При вращении рисунка все кольца кажутся вращающимися. Иллюзия основана на принципе стробоскопического эффекта.

Рис. 135. Если поместить глаз в точку, где сходятся продолжения изображенных здесь булавок, и слегка покачивать рисунок, то булавки кажутся воткнутыми в лист вертикально и качающимися.

Известен ряд явлений иллюзорного движения при наблюдении за движущимися объектами через щель или небольшое отверстие в экране. Так, например, если перед щелью в экране со стороны, противоположной от наблюдателя, перемещать круглый диск, то он кажется нам эллипсом, при быстром движении диска покажется, что большая ось эллипса лежит вертикально, а при медленном движении она кажется горизонтальной.

Примеры иллюзорных движений весьма часто встречаются нам в обычных условиях; приведем здесь еще некоторые из них.

Так, из окна быстро движущегося поезда мы видим, что движутся все предметы окружающего поезд ландшафта. Наблюдая луну в облачную ночь, мы видим, что она быстро перемещается относительно неподвижных облаков.

«Над полями, да над чистыми месяц птицею летит…», — поется в русской народной песне. Совершенно справедливо китайское изречение: «Посмотри сквозь перила моста, и ты увидишь, как мост плывет по неподвижной воде». Спицы быстро движущегося велосипеда кажутся нам слившимися; колеблющаяся струна нам представляется расплывшейся между неподвижными узлами, и т. д.

В некоторых старых учебниках физики способность глаза сохранять некоторое время зрительный образ рассматривалась как один из недостатков нашего органа зрения. Однако, имея в виду этот «недостаток», человек создал такие сильные и общедоступные формы искусства, какими являются кино и телевидение.

11. Иллюзии цветового зрения

Важнейшим свойством нашего глаза является его способность различать цвета. Как было указано ранее, такой способностью обладают только цветочувствительные элементы сетчатки — колбочки. Одним из первых замечательных открытий, относящихся к цветному зрению, можно считать явление смещения максимума относительной видности при переходе от дневного зрения к сумеречному, открытое знаменитым чешским биологом Я. Пуркине.

Рис. I

Явление Пуркине заключается в том, что при сумеречном зрении (при низких освещенностях) не только понижается чувствительность глаза к восприятию цветов вообще, но и что в этих условиях глаз обладает пониженной чувствительностью к цветам длинноволнового участка видимого спектра (красные, оранжевые), но зато обладает повышенной чувствительностью к цветам коротковолновой части спектра (синие, фиолетовые). Красный мак и василек на рис. II (здесь и далее см. цветную вклейку) при дневном освещении кажутся по яркости близкими друг к другу.

Рис. II

В сумерках мак кажется совершенно темным, а василек более светлым. В картинной галерее в сумерки постепенно начинают исчезать краски, сначала красные, затем желтые и зеленые.

Можно указать ряд случаев, когда мы при рассматривании цветных объектов также встречаемся с ошибками зрения или иллюзиями.

Во-первых, иногда о насыщенности цвета объекта мы ошибочно судим по яркости фона или по цвету других окружающих его предметов. В этом случае действуют также закономерности контраста яркостей: цвет светлеет на темном фоне и темнеет на светлом.

Великий художник и ученый Леонардо да Винчи писал:

«Из цветов равной белизны тот кажется более светлым, который будет находиться на более темном фоне, а черное будет казаться более мрачным на фоне большой белизны.

И красное покажется более огненным на более темном фоне, а также все цвета, окруженные своими прямыми противоположностями».

Во-вторых, существует понятие собственно цветовых или хроматических контрастов, когда цвет наблюдаемого нами объекта изменяется в зависимости от того, на каком фоне мы его наблюдаем. Иллюзии цветового зрения этого рода нам встречаются в следующих видах. Черный круг, изображенный на рис. III кажется слегка красноватым на зеленом фоне, когда же мы прикроем этот круг тонкой прозрачной бумагой, то иллюзорный красный цвет становится еще более заметным. Очевидно, прозрачная бумага стирает резкость границ и уменьшает разницу в яркости поля и фона и тем усиливает проявление эффекта.

Рис. III

Аналогично черный круг на красном будет казаться зеленоватым, на фиолетово-голубом фоне — зеленовато-желтым и на голубом — медно-красным.

То же самое явление непроизвольного окрашивания серых полосок мы можем наблюдать через прозрачную бумагу на рис. IV.

Рис. IV

Оказывается, что тот цвет, в который окрашивается черный круг или серая полоса, является так называемым дополнительным цветом к цвету фона. Для каждого цвета имеется такой другой цвет, оптическое смещение с которым дает цвет ахроматический (белый или серый). Такие цвета и называются взаимно дополнительными. Круг или полоска не обязательно должны быть черными или серыми, например, желтая полоска на красном фоне кажется зеленоватой, а на зеленом — оранжевой; в данном случае эти три цвета при смешении дадут белый или серый цвет.

Подмечено, что это иллюзорное окрашивание черных и серых предметов происходит в цвет, лишь приблизительно являющийся дополнительным, но не совпадающий с ним в точности.

Наиболее наглядное представление об оптическом смешении цветов можно получить следующим образом. Если диск (рис. V) с секторами, имеющими такие углы и окраску, как это показано на рисунке, привести в быстрое вращение, то вследствие быстрого чередования различных возбуждений, цвета секторов сольются в общий серый тон. Эта иллюзия цветового зрения объясняется следующими свойствами нашего глаза.

Рис. V

Сетчатая оболочка глаза человека наиболее приспособлена к неразложенным солнечным лучам, и, возможно, нервные окончания сетчатки при раздражении их одним цветом как бы восполняют цвет, недостающий до белого, давая нам иллюзию видимости дополнительного цвета.

Существует более старая гипотеза, объясняющая явление этих цветовых иллюзий утомляемостью воспринимающих нервов, но вряд ли она является более обоснованной, чем приведенная выше.

На основании того, что наш орган зрения наиболее приспособлен к восприятию белого солнечного света, можно объяснить и такую иллюзию. Если в течение нескольких секунд неподвижно смотреть на красное пятно, а потом перевести взгляд на белую бумагу, то мы увидим на бумаге зеленое пятно. Если рассматривать желтый кружок, то на бумаге увидим синий, и наоборот.

С цветовым контрастом связаны и другие иллюзии цветового зрения. Приведем еще несколько примеров.

На рис. VI площади внутреннего квадрата слева и полоски справа равны, но периметр полоски в два раза больше периметра квадрата. Всматриваясь в этот рисунок, мы видим полоску более яркой, чем внутренний квадрат.

Рис. VI

Явлением общепсихологического контраста можно объяснить иллюзию так называемого подравнивания цветов, заключающуюся в следующем. Если смотреть на рис. VII, то на нем можно увидеть фигуру в виде зеленого креста, тогда и средний кружок кажется зеленоватым; если же сосредоточить внимание на желтых кружках, то и центральный кружок будет казаться желтоватым.

Рис. VII

Интересна также иллюзия цветового сопутствия, появляющаяся после рассматривания верхней части рис. VIII.

Если несколько минут внимательно вглядываться в черный круг верхней части рисунка, а затем быстро перевести взгляд на черный круг внизу, то через несколько секунд на белом фоне появятся цветные изображения всех четырех пятен, окружающих верхний черный круг.

Какого цвета будут эти появившиеся пятна?

Рис. VIII

Заметим здесь, что при переходе от одного цвета данной поверхности к другому цвету этой же поверхности у нас будет изменяться и ее кажущаяся яркость. Следовательно, будет изменяться и контраст яркости, если мы будем, скажем, одновременно изменять яркость предмета и фона или один и тот же предмет будем рассматривать на менее ярком, а затем на более ярком фоне. Вот почему контраст яркости связан для нашего зрения с цветовым контрастом.

Чем больше цвет объекта отличается от цвета фона, тем лучше заметен объект и тем отчетливее виден его контур и форма.

Можно привести множество примеров воздействия на глаз цветовых контрастов. Гёте, например, пишет: «Трава, растущая во дворе, вымощенном серым известняком, кажется бесконечно прекрасного зеленого цвета, когда вечерние облака бросают красноватый, едва заметный отсвет на камни». Дополнительный цвет зари — зеленый; этот контрастный зеленый цвет, смешиваясь с зеленым цветом травы, и дает «бесконечно прекрасный зеленый цвет».

Гёте описывает также явление так называемых «цветных теней».

«Один из самых красивых случаев цветных теней можно наблюдать в полнолуние. Свет свечи и лунное сияние можно вполне уравнять по интенсивности. Обе тени могут быть сделаны одинаковой силы и ясности, так что оба цвета будут вполне уравновешиваться. Ставят экран так, чтобы свет полной луны падал прямо на него, свечу же помещают несколько сбоку на надлежащем расстоянии; перед экраном держат какое-нибудь прозрачное тело.

Тогда возникает двойная тень, причем та, которую отбрасывает луна и которую в то же время освещает свеча, кажется резко выраженного красновато-темного цвета, и, наоборот, та, которую отбрасывает свеча, но освещает луна, — прекраснейшего голубого цвета. Там, где обе тени встречаются и соединяются в одну, получается тень черного цвета».

Тот факт, что некоторые цвета воспринимаются нами как «выступающие», а другие как «отступающие», иллюстрируется здесь рис. IX.

Рис. IX

Рассматривая верхнюю фигуру на этом рисунке, мы склонны думать, что это усеченная пирамида, обращенная вершиной к нам.

Рассматривая нижнюю фигуру, мы готовы представить себе туннель с выходным отверстием вдали.

«Выступающими» цветами обычно кажутся цвета красно-оранжево-желтые (или «теплые»), а «отступающими» кажутся цвета зелено-синие (или «холодные»). Насыщенные и светлые цвета нам обычно кажутся ближе темных и ненасыщенных.

Хроматические цвета обычно «выступают вперед» на фоне цветов серых.

Следует заметить, что многие свойства глаза, вызывающие появление иллюзий цветового зрения, вместе с тем оказываются и весьма полезными для получения нами зрительных ощущений, более полно отражающих объективную реальность.

Вот почему, например, на вывесках и рекламах, собранных из светящихся газосветных трубок, слова, написанные трубками красного свечения, приближаются к наблюдателю и кажутся висящими в воздухе, а слова, написанные трубками зеленого или синего свечения, отступают.

Однако, оказывается, для некоторых людей иллюзия различной удаленности разных цветов носит обратный характер, т. е. более близкими кажутся цвета синие (у некоторых лиц иллюзия вообще не наблюдается). Среди различных объяснений атой иллюзии заслуживает внимания cледующее. Зрительная линия пересекает плоскость зрачка не в центре его, а несколько сбоку, т. е. хрусталик не строго центрирован по отношению к зрительной линии.

Поэтому когда глаз фиксирует какую-нибудь синюю точку, то изображение соседней с ней красной точки даст на сетчатке известный круг светорассеяния, причем этот круг будет не концентричен с изображением фиксируемой точки, но несколько смещен в сторону височной или носовой части сетчатки. Это смещение при бинокулярном зрении создает такое же впечатление, какое мы получим от одинаково удаленных от осей глаз раздраженных мест сетчаток, если красная точка фактически будет ближе или дальше, чем синяя.

Однако иллюзии цветового зрения значительно менее полно исследованы физиологами, и многие еще не могут быть объяснены достаточно удовлетворительно, а некоторые гипотезы, высказанные по поводу них, не оправдываются.

* * *

Для более подробного ознакомления с проблемами, затронутыми в этой книге, автор может рекомендовать следующую литературу:

С.О. Майзель, Свет и зрение, ГТТИ, 1932.

С. С. Алексеев, Б. М. Теплов, П. А. Шеварев, Цветоведение для архитекторов, ГОНТИ, 1938.

Н. Т. Федоров, Общее цветоведение, ГОНТИ, 1939.

С. С. Алексеев, Цветоведение, Гизлегпром, 1949.

Н. М. Гусев, Архитектурная светотехника, Государственное архитектурное изд-во, 1949.

С.И. Вавилов, Глаз и Солнце, изд. АН СССР, 1950.

С.И. Вавилов, Микроструктура света, изд. АН СССР, 1950.

С.В. Кравков, Глаз и его работа, изд. АН СССР, 1950.

С.В. Кравков, Цветовое зрение, изд. АН СССР, 1951.

Г. Хартридж, Современные успехи физиологии зрения, ИЛ, 1952.

М. Миннарт, Свет и цвет в природе, Физматгиз, 1958.

Н. П. Тюрин, В поисках точности, Физматгиз, 1960.

A. В. Лунзов, Инерция зрения, Оборонгиз, 1961.

B. В. Шаронов, Свет и цвет, Физматгиз, 1961.

Д. Мензел, О летающих тарелках, ИЛ, 1962

К.К.Платонов, Занимательная психология, «Молодая гвардия», 1962.


Примечания

1

Ленин В. И., Философские тетради, Госполитиздат, 1947, стр. 146–147.

2

Энгельс Ф., Диалектика природы, Госполитиздат, 1950, стр. 190

3

Ленин В.И., Соч., изд. 4-е, т. 14, стр. 223.

4

Энт — от греческого внутренняя.

5

От латинского — отклонение.

6

Углы, выраженные в тысячных долях, принято называть в оптике диоптриями. Одна диоптрия — это преломляющая сила линзы, фокусное расстояние которой равно 1 м.

7

Греческое «стигма» — точки.

8

1 фут равен 0,3048 м, 1 дюйм — 25,4 мм.

9

По-латыни — неправильное излучение.

10

На иллюзии рис. 75, 76 впервые указал приват-доцент Московского университета П. В. Преображенский.

11

Если пользоваться увеличительным стеклом, то его следует прижимать плотно к глазу.

12

Перельман Я. И., Обманы зрения, 1924.

13

Греческие: «тавма» — фокус, «троп» — колесо.

14

Фенакистископ — обманчивое видение.

15

От греческого «стробос» — вихрь, кружение.