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“余像”的奇异原理

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关键概念

颜色

眼睛

视觉

幻觉


前言

你是否曾经奇怪过,眼睛的幻觉是如何产生的?每年万圣节,我们都会面对幻觉的挑战,试探我们是否有能力正确地感知事物——例如在鬼屋里的时候。眼睛欺骗我们的一种方式,是利用一种叫做“余像”的现象.当你盯着一个物体看上几秒钟,然后再看别的地方时所看到的影像,就是余像。在这个科学实验中,你将通过观看余像,了解你的眼睛是如何感知颜色的。


背景

我们用眼球后部的锥形细胞来觉察颜色。锥形细胞分为三类,每一种锥形细胞会对不同的颜色进行反馈,这些颜色可粗略地分为红色,绿色和蓝色。举个例子,当你看到红色的图像之后,所谓“红色锥形细胞”就会告诉你的大脑,物体的颜色是红色的。不同种类的锥形细胞一起工作,就能帮你看到各种各样的复合色彩。再如,如果你看着紫色的图像——其中混合了红色与蓝色,那么红色与蓝色锥形细胞就会同时受到刺激。当这三种颜色都混合在一起,三种锥形细胞同时被刺激,你就会看到白光。

如果你长时间看着一种颜色,锥形细胞就会变得疲劳,并且在短时间无法再次响应,这就是余像形成的原因。在这期间,你会用其他锥形细胞感知到其他颜色,但不会再用到疲劳的锥形细胞。几秒钟以后,疲劳的锥形细胞将会得到恢复,余像就会逐渐的消失,辨别颜色的能力就会恢复正常了。


材料

有彩色显示屏的电脑,或彩色打印机和打印纸

秒表,或可以显示秒的闹钟

记号笔、彩色的铅笔和纸张,以及基础的计算机图形程序(可选的)


准备工作

1.为了这项实验,你需要用到一个分为三个部分的圆(像一个饼形图)。其顶部右边的三分之一是红色的,其底部的三分之一是绿色,顶部左边三分之一是蓝色的。你需要一个有彩色显示器的电脑来显示图像,或者用彩色打印机将其打印出来。如果你有彩色记号笔、尺子和其他可以用来画圆的工具,你也可以自己把这个图像画出来,确保彩色的圆环的边上有多出的白色空间。

2.如果电脑显示器或者彩色打印机旁有一些其他光源,请将它们关掉。


实验步骤

1.盯着彩色圆环的图像看三十秒钟(聚焦在中间的小白点上)

2.盯着彩色圆环看三十秒钟以后,看右边的白色区域。你会看到什么?

3.每一部分余像的色彩与原始彩色圆环中的颜色之间有什么不同?

可选实验:你可以用记号笔或者彩色铅笔,或是能生成彩色图像的电脑程序画出你的结果。

想想三种“元色”(红,蓝和绿)和第二级颜色(黄,紫/洋红和青色),思考这些余像是如何形成的,看看你是否能够解释这些结果,为什么你认为你看到的余像有这些颜色?

补充实验:计时看看,余像需要多长时间才能消失?接下来,仅用五秒钟看着色彩环,这些余像会多久才会消失。第二次花费的时间会长还是短?

补充实验:你可以试着重复一下这些实验,注意每种颜色的余像的各需要多久时间消除、其中哪一些颜色褪去得更快。

补充实验:让不同的人尝试这个实验,并让他们画出各自的结果。他们的结果是否都相同,还是不同?

补充实验:你可以再次重复这个实验,但是这次用多种不同颜色的物体或者图像(与初始的三种颜色不同的)你能准确的预测这些余像的是什么样子吗?


观察和结果

在这些余像当中,你能否看到,位于色彩环顶端右半部分的余像是青色,底端部分的余像是紫洋红色,而顶端左边部分的余像是黄色?

如果你先盯着红色的物体,随后立刻去看白色的区域,你会发现余像有相同的尺寸和外形,但颜色上可能是蓝、绿或青色。这是因为你的眼睛利用了红色,绿色和蓝色的锥形细胞去感知白色灯光,但是红色的锥形细胞发生了疲劳,你无法看到红色。这时,你暂时只能用你绿色和蓝色锥形细胞来感知左边的东西。当混合两种或者三种初始颜色的时候会产生第二级颜色:红色混合绿色会变成黄色,红色混合蓝色会变成紫色(包括洋红),绿色混合蓝色会变成青色。


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