Грегори Р.Л. Разумный глаз - файл n1.doc

приобрести
Грегори Р.Л. Разумный глаз
скачать (787.1 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1571kb.27.05.2005 17:14скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


Рис. 71. Иллюзия искажения, принадлежащая перу Понзо. Верхний поперечный брусок кажется длиннее нижнего, хотя они в действительности равны. Здесь перспектива дана в плоскости рисунка, поэтому компенсация уменьшения, ко­торая в нормальных условиях приводит к постоянству размеров, оказывается неподходящей: мы видим верхний брусок не равным нижнему, но увеличенным, поскольку в глазу величина изображений обоих брусков одинакова

108

4. Фигуры, содержащие искажения формы



Рис.72

в ретинальном изображении, мы тогда должны допустить, что определенные искажения обязательно возникнут, раз они содер-

109

4. Фигуры, содержащие искажения формы

жатся в ретинальном изображении, где нет указаний на различие расстояний до объектов, поскольку именно эти указания сигнали­зируют о перспективном сокращении размеров предметов с увели­чением расстояния. Другими словами, перспектива, содержащаяся в картине (изображении), дает неправильную шкалу для плоского объекта -- возникает искажение. Детали картины, которые кажут­ся более отдаленными, должны быть разросшимися — такими они и воспринимаются.

Если остановиться в наших рассуждениях на сказанном, то может возникнуть желание истолковать происхождение иллюзий искажения таким же образом, как толкуется изменение видимого размера при изменении видимого расстояния. Подобный эффект мы наблюдали при перцептивном перевертывании куба; к тому же нам известен закон Эммерта, выведенный при наблюдении зави­симости размеров послеобраза от расстояния до экрана, на фоне которого этот образ виден. Однако такое истолкование не годится, потому что при иллюзиях искажения фигура все время воспринима­ется в плоскости. Правда, в ней всегда выражены перспективные элементы, но, вне всякого сомнения, нет необходимости восприни­мать фигуры Понзо, Мюллера-Лайера и друще в трех измерениях, чтобы восприятие этих фигур содержало иллюзию искажения. Мы видим их на плоскости бумажного листа — и все же иллюзия на­лицо, а это совсем не то же самое, что было с перевертывающимся кубом. Куб и подобные ему фигуры меняют видимую форму только в тех случаях, когда они воспринимаются как трехмерные фигуры, но не тогда, когда они видны как плоские фигуры.

Поэтому проблему нельзя считать решенной. Быть может, эти искажения окажутся в конце концов никак не связанными со шкалированием размера и расстояния? А может быть, связь су­ществует, но она хорошо замаскирована? Тот факт, что искажения соответствуют перспективным особенностям фигур, показывает, что второе предположение ближе к истине. Тогда в чем же за­ключается эта скрытая связь?

Зададим себе сначала такой вопрос: почему эти фигуры, яв­но содержащие перспективу, не воспринимаются как трехмерные? Ответ, по-видимому, ясен. Указания на глубину нейтрализуются фактурой фона. Доказать это нетрудно. Покройте рисунок светя-

110

4. Фигуры, содержащие искажения формы

щейся краской, погасите свет - - и вы устраните фон. Рисунок в таких условиях в большинстве случаев воспринимается как трех­мерная фигура в соответствии с содержащимися в нем элементами перспективы.

Можно сделать больше: объективно измерить кажущуюся глу-бинутаких фигур. Тогда мы свяжем величину «глубинности» со сте­пенью искажения фигуры, наблюдаемой в плоскости.

Измерение кажущейся трехмерности картин

Неподготовленному человеку может показаться, что изме­рить кажущуюся глубину совершенно невозможно - ведь это задача, абсолютно непохожая на измерение положения предметов во внешнем пространстве. Как можно зафиксировать «внутрен­нее», воспринимаемое наблюдателем, пространство?

На первый взгляд кажется, что довольно точные результаты мы получим, попросту регистрируя движение наблюдателя, кото­рый касается предметов, расположенных на разных расстояниях от него (такой опыт можно поставить даже с тренированными животными). Пример: набрасывание колец на колышки, удален­ные на разные расстояния. Но подобные эксперименты далеки от совершенства: регистрируемые ошибки в оценке расстояний со­держат не только перцептивные погрешности, но и двигательные несовершенства, а мы не знаем, как велика доля первых. Зада­ча отделения ошибок восприятия от ошибок исполнения — одна из самых трудных проблем исследования поведения.

Мы сумеем найти лучший способ измерения кажущейся глу­бины, если используем бинокулярное наблюдение как дальномер-эталон и его показания будем сравнивать с оценками глубины, виденными при наблюдении одним глазом.

Для этого прежде всего необходимо устранить всю стерео­скопическую информацию, чтобы узнать величину монокулярного эффекта перспективы при наблюдении плоской фигуры. Затем яадо нейтрализовать влияние фона, видимая фактура которого ложет противоречить перспективе, заключенной в рисунке, отче-возникает перцептивный парадокс. Чтобы выполнить первое условие, достаточно вести наблюдение одним глазом. Выполнение

111

4. Фигуры, содержащие искажения формы

второго условия достигается, если покрыть рисунок светящейся краской и погрузить комнату в темноту. Того же эффекта мож­но добиться и другим способом: изготовить диапозитив (точнее, «дианегатив» - прозрачный рисунок на непрозрачном фоне) и осветить его на просвет слабым равномерным светом (иде­альный вариант — электролюминесцентная панель, помещенная непосредственно за «дианегативом»). Теперь осталось найти способ ввести какой-нибудь указатель в пределы фигуры; этот указатель должен восприниматься обоими глазами, и его следует сделать движущимся в глубину, даже сквозь плоскость рисунка. Это до­стигается оптическими методами.

Указатель представляет собой маленькое пятно света, от­раженное от полупрозрачного зеркала, которое повернуто под углом 45 градусов к линии взора, направленного на рисунок; рисунок рассматривают прямо сквозь полупрозрачное зеркало. Световое пятнышко видно там же, где находится рисунок, оптически оно именно там и находится. Если длина светово­го луча от глаз к указателю оказывается больше, чем от глаз до рисунка, то указатель виден позади, дальше рисунка; если пер­вая меньше второй, то указатель виден ближе, перед рисунком. Осталось сделать так, чтобы рисунок (вернее, фигура) был виден лишь одному глазу, а указатель -- обоим. Тогда мы сможем ис­пользовать бинокулярное зрение как дальномер для определения удаленности любой части фигуры, воспринимаемой одним глазом; это позволит нам промерить воспринимаемые одним глазом рас­стояния до всех частей фигуры и составить таким образом карту зрительного пространства. Цель достигается, если установить по­ляризаторы света перед картиной и перед одним глазом (крест-накрест): перед диапозитивом помещаем лист «поляроида», ориен­тируя плоскость поляризации под углом 45 градусов к горизонтали, перед глазом помещаем такой же фильтр, но ориентированный под углом 135 градусов к горизонтали; этот глаз картины видеть не бу­дет. Поскольку указатель освещен неполяризованным светом, оба глаза видят указатель, но лишь один из них — фигуру, содержащую искажение. Измерение зрительного пространства производят, пе­ремещая световой указатель поочередно к разным частям фигуры и затем (оптически) приближая или удаляя его до тех пор, пока он

112

4. Фигуры, содержащие искажения формы



Рис. 73. «Ящик Пандоры» — аппарат для измерения кажущейся глубины картин: 1 — полупрозрачное зеркало; 2 — лоляроидные очки; 3 — проектор светового

индикатора

не будет воспринят — стереоскопически — на том же расстоянии, что и данный (монокулярно видимый) элемент фигуры.

Кстати, не обязательно пользоваться одним указателем; их можно сделать несколько и разместить у разных точек фигуры, что­бы измерить удаленность всех частей фигуры одновременно. Этот глубиномерный аппарат мы назвали «ящиком Пандоры» (рис.73).

Что получится, когда мы измерим кажущуюся глубину на кар-

tHHax, содержащих иллюзию? Устранив противоречивую инфор-1ацию, которая поступает от стереозрения и от фактуры фона, мы олучим доказательство того, что фигуры, содержащие иллюзии скажения, — фигуры Понзо (железнодорожный путь), Мюллера-

ИЗ

4. Фигуры, содержащие искажения формы

+2

40 50 60 70 80 90 100 ПО 120 130 140 150 160 170 Угол между «стрелками» и «древками», град

Рис. 74. Зависимость величины иллюзорного искажения глубины (измеренного с помощью «ящика Пандоры») от положения штрихов, ограничивающих отрезки

в фигуре Мюллера-Лайера

Лайера (стрелы) и им подобные — действительно воспринимаются в трех измерениях и поддаются промерам также в трех измерениях. Меняя степень выраженности перспективных элементов в этих фигурах, мы находим связь между кажущейся глубиной фигур и величиной их перцептивного искажения. На графике (рис. 74) видна эта экспериментально найденная зависимость: увеличение перспективности фигуры приводит к увеличению перцептивного искажения.

Результаты этих экспериментов позволяют предположить, что перспектива влияет на зрительное шкалирование прямо — даже в тех случаях, когда указаниям перспективы противоречат другие факторы (например, видимая фактура фона), противодействующие непосредственному восприятию глубины. Мы считаем так потому, что иллюзии искажения воспринимаются даже на фоне, имею­щем явно видимую фактуру (как, например, на страницах этой книги), — фигуры выглядят при этом плоскими, но искаженными.

Теперь самое важное. Вспомните эксперименты с каркасным кубом. Его видимая форма менялась в соответствии с воспри­нимаемым расстоянием до передней и задней граней. Когда куб перевертывается в восприятии (при этом его изображение на сет­чатке остается неизменным), изменяется видимый размер передней и задней граней: дальняя грань всегда кажется больше ближней,

114

4. Фигуры, содержащие искажения формы

как бы это ни было на самом деле. Этот эффект, безусловно, отли­чается от эффекта иллюзии искажения плоских фигур, поскольку плоские фигуры искажены без всякой видимой глубины. Отсюда сле­дует, что искажения могут возникать двумя разными способами. Они появляются либо потому, что глубина видна, либо потому, что глубина запрограммирована перспективой, но не видна вследствие противодействия фактуры фона. Искажения размеров нет, ко­гда запрограммированная и видимая глубина совпадают с реальной; но во всех случаях, когда имеется расхождение видимой или запро­граммированной глубины с реальной, возникает соответствующее искажениевидимогоразмера.

Итак, мы убедились, что расстояние до предмета задается сен­сорной информацией, причем перспектива, содержащаяся в рети-нальном изображении, — чрезвычайно важный элемент такой ин­формации. Когда перспектива не соответствует подлинной удален­ности предметов, возникают ошибки в оценке размеров. Мы убеди­лись также в том, что форма объектов, перевертывающихся в глу­бину, меняется с каждым перевертыванием, хотя ретинальное изо­бражение все время остается неизменны**. Вот каковы эти два со­вершенно разных способа перцептивного шкалирования размеров.

По-видимому, перцептивные перевертывания в глубину со­ответствуют попеременному выбору одной из альтернативных ги­потез о том, какой объект представлен в изображении. При этом каждая гипотеза относится к классу гипотез о трехмерных объ­ектах, имеющих типичные формы и размеры. Так мы приходим К мысли о возможности шкалирования размеров и форм в прямой связи с объект-гипотезой. Выбор неподходящей гипотезы (напри­мер, вывернутого куба) приводит автоматически к неверной оценке размеров передней и задней граней куба — потому он и выглядит искаженным, хотя при этом нет обманчивой информации, идущей от ретинального изображения.

Перейдем теперь к сравнению наших представлений о меха­низмах перцептивных искажений с теми представлениями, кото­рые, несомненно, имеют отношение к этой проблеме, но в со­вершенно другой области, в физике, когда реальность измеряется приборами, шкалы которых построены на основании неверных масштабов, как это иногда случается в действительности.



Масштабы вселенной

Подобно тому как машины являются искусственным продол­жением мышц человека, увеличивая их мощность и точность, измерительные приборы служат продолжением наших органов чувств. Приборы помогают человеку все дальше и глубже про­никать во время и пространство и притом позволяют произ­водить разные измерения в пределах системы шкал, постро­енных на основе общепринятых единиц измерения. Некоторые физические единицы мер возникли на основе величин, свой­ственных человеческому телу: фут приблизительно равен длине стопы взрослого человека, ярд близок к длине одного шага '. Применять в качестве физических стандартов эталоны, которые «всегда под рукой», очень удобно, но, к сожалению, ни разме­ры частей тела разных людей, ни функции их органов чувств не могут быть достаточно одинаковыми. Такие эталоны годят­ся лишь для самых приблизительных оценок и, увы, совершен­но не подходят ни для техники, ни для науки. В средние ве­ка был сделан следующий шаг к стандартизации мер длины: статистически определяли величину, равную 1 футу. Делалось это так. Измеряли длину стопы двенадцати мужчин, первыми покидавших церковь после воскресной утренней мессы; сред­няя величина (сумма длин всех двадцати четырех стоп, делен­ная на 24) принималась в качестве стандартной длины, равной 1 футу.

А Читатель без труда вспомнит русские аналогии: пядь, локоть, сажень и т.д. Прим. перев.

116

5. Масштабы вселенной

Познакомившись с некоторыми древними зданиями, мы мо­жем утверждать, что еще за несколько тысячелетий до нашей эры с помощью простых инструментов проводились достаточно точные измерения; можно не сомневаться, что некоторые основ­ные суждения, например об установке точных горизонтальных уровней, выносились не только на основе восприятия, но и пу­тем рассуждений. Считается, что египтяне "начинали строитель­ство плоских горизонтальных фундаментов для больших зда­ний с того, что строили невысокую временную стенку и за­мкнутую ею площадь заполняли водой на высоту около деся­ти сантиметров: уровень воды служил "указателем горизонталь­ности площадки. Человеческий разум приложил немало усилий, чтобы преодолеть физиологическую ограниченность человеческих органов чувств.

Ранние описания вселенной эгоцентричны; они основаны на сопоставлении ее параметров с физическими и функциональ­ными возможностями человека. С появлением специальных из­мерительных приборов возникли другие меры; новые эталоны незаметно привели к тому, что центр вселенной уже не связывает­ся в сознании людей с точкой, в которой находится наблюдатель. Стало известно, что во вселенной есть вещи, не только слишком малые или слишком далекие, чтобы их можно было отчетливо ощутить, но еще и скрытые от чувств, хотя и присутствующие в среде, непосредственно окружающей человека. Таков огромный диапазон электромагнитного спектра — от гамма-лучей до радио­волн; лишь одна его октава — видимый свет — доступна органам чувств, а через них и мозгу без всяких приборов.

Животному в окружающем его мире, обширном и большей частью враждебном, жизненно необходима способность к оцен­ке размеров и расстояний; высокоразвитое зрение дает такую способность. В то же время сенсорные системы легко адапти­руются — калибровка их часто нарушается. Несмотря на это, мы умеем определять «на глаз» соотношения размеров, а так­же интенсивность света; поэтому нам легко использовать и те Физические стандарты измерений, где применяются инструмен­ты вроде линеек, уровней, фотометров. Даже простые, но умело Применяемые инструменты могут в тысячу раз улучшить точность

117

5. Масштабы вселенной



Рис. 75. Звездные рас­стояния астрономы изме­ряют по параллактичес­кому смещению звезды относительно «фона» — очень удаленных звезд­ных образований, кото­рые можно считать непо­движными

перцептивных оценок, хотя природная чув­ствительность глаза и уха приближается к теоретическому пределу любого физи­чески возможного детектора.

Когда сенсорная информация исполь­зуется для руководства действием, задача состоит в том, чтобы контролировать с по­мощью этой информации движения в соот­ветствии с положением и размерами окру­жающих предметов. Чтобы предсказание результатов действий и контроль эффек­тивности этих действий были возможны, необходимо соразмерять разнородную сен­сорную информацию в соответствии с воз­действиями внешнего мира. Дело здесь об­стоит точно так же, как в измерительной технике: шкалы инструментов не могут строиться произвольно, в конечном сче­те любая шкала должна быть основана на свойствах известных объектов. Неко­торые измерения являются прямыми (на­пример, измерение длины, выполняемое с помощью линейки), другие — непрямыми (измерение температуры с помощью тер­мометра).

Все единицы измерений основаны на выборе строго обусловленной процедуры, включающей правила изготовления точных линеек или, скажем, ламп со стандартной характеристикой излучения.

Рассматривая ход развития современ­ных методов измерения, мы находим здесь глубокую аналогию с определенным перио­дом развития «непрямых органов чувств» — зрения и слуха, возникших уже после по­явления «прямых органов чувств» -- ося­зания и вкуса, непосредственно контро-

118

,

5. Масштабы вселенной

лирующих жизненно важные отношения с окружающим миром. Видеть зна­чит интерпретировать каждый полученный паттерн в соответствии с предполагаемым устройством мира реальных объектов; та же задача ставится перед всеми непрямыми способами научных измерений. В обоих случаях выдвигаются и затем проверяются альтернативные гипотезы -- чтобы откло­нить все, кроме одной. В обоих случаях от­дельные измерения должны быть связаны с единой шкалой измерений, выведенной либо из результатов применения прямых методов измерений, либо из допущений, основанных на гипотезе о природе измеря­емых объектов.

Разовьем дальше тезис о логическом сходстве зрения с непрямыми методами измерения в физике. И здесь и там не­обходимы допущения. И здесь и там ве­лика зависимость от прямых измерений. И здесь и там необходимы константы — эталоны для построения шкал, выведен­ные на основе анализа прошлых успехов и неудач измерения реального мира. Возь­мем какой-нибудь пример научного изме­рения и детально разберем его. Посмо­трим, например, как измеряются звездные расстояния.

Для измерений звездных расстояний астрономы применяют оба метода изме­рения прямой и непрямой. Но при­менимость прямого измерения ограничена немногими ближайшими к нам звездами. В отношении более далеких звезд необхо-.димо делать некоторые допущения, причем

Рис. 76. Глаза сигнали­зируют о расстоянии до близких объектов спо­собом, весьма похожим на тот, который применя­ют астрономы для изме­рения удаленности звезд. Сигнализируется парал­лакс

119

5. Масштабы вселенной

всегда приходится считаться с тем, что эти допущения могут ока­заться ошибочными.

Метод прямого измерения расстояний до звезд эквивален­тен стереоскопическому зрению. Это геометрический способ, его результаты, как и результаты стереоскопического восприя­тия, в основном однозначны; тем не менее это довольно тон­кий способ, и даже незначительные погрешности приборов могут сильно сказаться на результатах. Метод состоит в измерении ка­жущегося смещения ближних звезд относительно дальних при смене точки наблюдения (тригонометрический параллакс). При стереоскопическом зрении различие точек наблюдения задано по­стоянным расстоянием (базисом) между глазами — оно равно приблизительно 60 миллиметрам. Но для астрономов даже попе­речник Земли — недостаточный базис при измерении звездных расстояний. Замеры они проводят не одновременно, а с интер­валом в шесть месяцев; в качестве базиса используется попереч­ник земной орбиты (около 300 миллионов километров). Этим способом было впервые измерено расстояние до звезды; неме кий астроном Бессель в 1838 году измерил удаленность звезды 61 Лебедя2А. Его результат составил 0,35" (в угловых секундах). Уточненный позднее результат равен 0,30". Такой параллакс со­ответствует расстоянию около десяти световых лет. Наибольший известный параллакс — меньше 1"; такой параллакс, к приме­ру, может быть получен, если наблюдать предмет 25 миллиме­тров в поперечнике с расстояния около пяти километров. Пря­мой метод измерения параллакса позволяет измерять расстояния в пределах около 300 световых лет (хотя Туманность Ащ >меды, до которой около двух миллионов световых лет, можно увидеть и невооруженным глазом).

Измерение расстояний в световых годах связано с измерением параллакса лишь косвенно. Правда, есть и такая единица, кото­рая связана с параллаксом непосредственно, — «парсек» Один парсек — это расстояние, соответствующее годичному пар шаксу

2) Годичный параллакс звезды (Беги) впервые был измерен русским ученым В.Я.Струве в 1837 году. — Прим, перев.

120

5. Масштабы вселенной

1"3); оно равно произведению радиуса земной орбиты на число 206265; радиус земной орбиты (среднее расстояние до Солнца, равное 150 миллионам километров) является астрономической единицейрасстояния.

Сам термин «парсек» произведен от слов «параллакс, равный одной секунде»; итак, 1 парсек равен 206265 астрономическим единицам, или 3,258 светового года. До ближайшей к нам звезды 1,31 парсека, или 4,2 светового года.

Для сравнения укажем, что стереоскопическое зрение дей­ствует на расстояниях до нескольких сотен метров. Столь малый радиус действия объясняется двумя причинами: первая состоит в том, что разрешающая способность глаза примерно в сто раз ниже, чем соответствующая характеристика для телескопа; вторая (и более важная) — расстояние между глазами (базис стереозре-ния) — является ничтожной величиной по сравнению с диаметром орбиты Земли.

Наибольшие звездные расстояния, при которых еще возможны определения тригонометрических параллаксов, близки к 100 пар­секам. При еще больших удаленностях применяется способ, из­вестный под названием «определение средних параллаксов»; в его основе лежит тот (эмпирически установленный) факт, что Солнце (и Земля вместе с ним) перемещается в пространстве относительно большого числа звезд по направлению к Веге в созвездии Лиры. Перемещение Солнца порождает у наблюдателя ощущение смеще­ния близких к нам звезд; их кажущееся движение характеризуется некоторой кажущейся скоростью, а величина последней зависит от расстояния каждой звезды. Это точная аналогия кажущего­ся движения ландшафта, наблюдаемого из окна идущего поезда: ближняя зона местности «движется» быстрее, чем отдаленная. По­скольку наблюдение перспективного смещения звезд производится в течение ряда лет (к нашим дням период накопления точных фо­тографий звездного неба насчитывает почти.сто лет), появляется возможность оценки звездных расстояний, намного превышающих

-Точнее, парсек — расстояние, с которого большая полуось земной орбиты, перпендикулярная к лучу зрения, видна под утлом в I". — Прим. перев.

121

5. Масштабы вселенной

те, что доступны прямым тригонометрическим методам, исполь­зующим в качестве базиса диаметр земной орбиты. Для этого совершенно необходимо, однако, отличать изменение положе­ния звезд, возникающее вследствие движения Солнца (и Земли вместе с ним) по направлению к Веге, от относительного «соб­ственного движения» отдельных звезд. Движение Солнца сквозь пространство выводится статистически из результатов наблюдений кажущегося движения очень большого числа звезд; остаточное систематическое движение приписывается подлинному движению Солнца. Вывести величины, характеризующие движение солнеч­ной системы среди звезд, -- дело сложное; оно требует большого числа наблюдений и большой вычислительной работы. Между тем совершенно таким же делом занят мозг человека, движущегося сквозь многолюдную площадь, или управляющего автомобилем в густом потоке движения, или ведущего самолет в строю дру­гих самолетов. Пределы способности мозга к обработке величин и направлений скоростей, заданных меняющейся перспективой множества объектов, движущихся относительно некоторой по­верхности, неизвестны. Исследовать это было бы чрезвычайно

интересно.

Расстояния до далеких звезд приходится измерять непрямыми

способами, при которых применять геометрию уже нельзя. Все эти способы основаны на некоторых допущениях, не поддающихся

прямой проверке.

Ясно, что если бы собственная светимость всех звезд была

одинакова, то относительные расстояния до звезд можно бы­ло бы узнать довольно легко, исходя из универсального зако­на, связывающего блеск звезды с расстоянием до нее (видимый блеск обратно пропорционален квадрату расстояния). Но свети­мость звезд (их «абсолютная звездная величина») очень сильно варьирует, и поэтому видимый блеск звезды может служить лишь очень приблизительной оценкой ее удаленности. Все же звез­ды поддаются классификации: исходя из спектров звезд (и еще некоторых величин), их можно разбить на группы с известной светимостью. Тогда становится возможной и оценка расстояний по видимому блеску - при условии, что применяются верно

122

5. Масштабы вселенной



77. В этом звездном скоплении видны объекты весьма разной яркости. & среднем чем дальше звезда, тем меньше ее блеск, но некоторые тусклые ЗВвзды на самом деле находятся близко, только их собственная светимость мала. Они кажутся далекими, но в действительности это не так

123

5. Масштабы вселенной

выбранные константы для построения шкал оценки светимости звезды и учитываются все факторы, обусловливающие потерю света на пути от звезды к наблюдателю. Свет может ослабеть, проходя сквозь облака межзвездного газа, и это надо обязатель­но учитывать, чтобы не возникло ошибки в оценке расстояния, основанной на видимом блеске звезды. Неверно выбранная кон­станта шкалы приведет к ошибке - - и она будет похожа на те ошибки в оценке расстояний, которые совершаются зрением

в тумане или в дыму.

Итак, необходимо сделать некоторые обоснованные допуще­ния о самом объекте, о помехах на пути от объекта к наблюда­телю и, наконец, о свойствах и калибровке самих измерительных приборов, прежде чем применять непрямые методы измерения, не опасаясь, что при этом возникнет систематическая ошибка. Ошибки такого рода, по-видимому, эквивалентны ошибкам пер­цептивного шкалирования, вследствие которых возникают иллю­зии искажения.

Объекты, еще не классифицированные и потому не имеющие надежных оценочных констант, причиняют крупные неприятно­сти астрономам. Так, например, в отношении недавно откры­тых звездных объектов.. — квазаров — не известно, являются ли они необычайно мощными источниками излучения, лежащими на огромных расстояниях от нас, или светимость их средняя, а значит, и расстояния — обычного порядка. В данном случае трудность возникла потому, что в спектрах квазаров зарегистриро­вано красное смещение, которое обыкновенно указывает на очень большую скорость удаления (смещение возникает в результате эффекта Доплера, наличие которого само по себе свидетельствует о большой удаленности объекта). Красное смещение, наблюдаемое у квазаров, может объясняться либо огромной их удаленностью, либо другими причинами. До сих пор не решено, как следует вы­бирать константы шкалирования для измерения квазаров; поэтому нет согласия и в вопросе о том, являются квазары очень яркими и очень далекими объектами или средними по интенсивности из­лучения и соответственно менее удаленными; в последнем случае должна существовать особая причина, ответственная за неподчи-

124

5. Масштабы вселенной



Рис. 78. Спектры звезд различного типа. Солнце принадлежит к звездам среднего

типа, к классу 0. Прочие спектральные типы звезд характеризуются либо меньшей,

либо большей собственной светимостью

нение квазаров тем общим допущениям, которые оказываются справедливыми при измерении расстояний до других звездных объектов.

Быть может, читателю покажется, что мы совершаем слиш­ком смелый прыжок, заявляя, что положение вещей с квазарами в астрономии логически подобно той особой проблеме, которую ставят перед глазом картины, воспринимаемые зрением. Но в кар­тинах действительно есть весьма сходные сомнительные момен­ты шкалирования. Ретинальное изображение картины содержит перспективу, но заданную не геометрическим сокращением раз­меров и формы предметов с увеличением расстояния (поскольку картина плоская); налицо как раз такая ситуация, при которой Должны возникнуть большие ошибки в физических измерениях, поскольку допущения, обычно вполне надежные, здесь не годят­ся. Нормальные условия неизбежно нарушают точность непрямых измерений; с этой точки зрения картины могут оказаться со-всем никудышными объектами, поскольку в некоторых случаях

125

5. Масштабы вселенной



Рис. 79. Свет отдаленных звезд проходит сквозь огромные газовые облака

в созвездии Ориона. Это может привести к ошибке при оценке звездных

расстояний на основе измерения светимости звезд, если не будет внесена

поправка, основанная на сведениях о поглощении света

126

5. Масштабы вселенной

(вспомните Пильтдаунский череп) А неверные указания могут быть даны намеренно, чтобы обмануть глаз. Картины подают на вход зрительной системы до такой степени искусственную информа­цию, что приходится удивляться вовсе не тому, что картины иногда оказываются неоднозначными, неопределенными, парадоксальны­ми или искаженными, а, напротив, тому, что "мы вообще что-либо разбираем в них.

Астрономические объекты -- это тоже особые объекты зри­тельного восприятия; в их отношении мы не можем воспользовать­ся надежным перцептивным шкалированием, константы которого выводятся из прямых измерений.

Как мы измеряем Луну и звезды?

Вопрос о восприятии Луны интересен, потому что до не­давнего времени человек не приближался к ней никогда. Размер ретинального изображения Луны довольно велик (0,5 градуса, а это примерно четверть диаметра центральной — «фовеальной» -области сетчатки). Даже невооруженный глаз различает на поверх­ности Луны некоторые детали, к тому же в отличие от Солнца Луна имеет приятную для прямого наблюдения яркость. Тот факт, что мы не можем просто так прогуляться к Луне и потрогать ее руками, делает Луну прямо-таки небесным даром исследо­вателю восприятия, а наблюдения космонавтов лишь помогают в этом деле.

Разумное представление о расстоянии до Луны и о ее разме­рах существует по крайней мере последние 2 000 лет, со вре­мен Гиппарха. Всем образованным людям известно, что рас­стояние от Луны до Земли - около 400 000 километров, что

Автор имеет в виду историю знаменитого антропологического подлога. & 1909 году некий Чарлз Даусон «открыл» фрагмент «древнего человеческого черепа» (близ Пильтдауна, в графстве Сассекс); в том же месте были найдены затем ТЦе несколько фрагментов, в том числе сенсационный зуб. Лишь спустя 45 лет (!) было доказано, что все признаки «древности» черепа — дело рук нашего совре­менника. Подробности читатель может найти в книге: Эйдельман Н. Ищу предка. **.: Молодая гвардия, 1970. — Прим, перев.

127

5. Масштабы вселенной

диаметр Луны равен примерно 3 500 километрам и что фор­ма ее близка к шару. Но воспринимается Луна совсем ина­че, и даже самое точное знание не помогает воспринять Луну в ее подлинном виде. Она кажется диском (примерно 30 сан­тиметров в поперечнике) и удалена «на глаз» всего километра на полтора или около того. Похоже, что все люди приблизи­тельно одинаково воспринимают размеры и удаленность Луны, то есть все мы зрительно оцениваем Луну примерно с одной и той же ошибкой. Самая массовая и самая огромная иллюзия в истории человека!

Фактически мы ошибаемся в оценке размеров и удаленно­сти Луны в миллион раз! Удивительна, однако, не только эта гигантская иллюзия; странно, что наше зрение вообще содержит оценку размера и удаленности Луны. Ведь зрение по самому сво­ему существу является источником непрямого сигнала о разме­ре и расстоянии; логически необходимо исходить из того, что калибровка ретинальных изображений осуществляется на осно­ве прямых измерений -- прикосновений к объекту, числа шагов или времени движения до объекта (при этом регистрируются из­менения размеров изображения на сетчатке по мере сближения с объектом), но калибровка такого рода невозможна по отно­шению к объекту «Луна». Тот факт, что мы все же восприни­маем Луну как объект, имеющий вполне определенные размеры и находящийся на определенном расстоянии, означает, по-види­мому, что перцептивная гипотеза приписывает Луне признаки, основываясь на аналогиях с земными, знакомыми объектами. Ве­роятно, воспринимаемые размеры и расстояние заданы в случае Луны неким усреднением этих признаков, взятых по всем объек­там, которые дают столь же небольшое ретинальное изображение. Во всяком случае, сам факт наличия перцептивно определенно­го размера и расстояния показывает, что перцептивная систе­ма при отсутствии ясной информации принимает искусственную оценку, отказываясь от альтернативы — оставить объект вообше вне шкалы оценок.

Хорошо известно, что Луна обычно кажется сильно увеличен­ной, когда она низко над горизонтом. По-видимому, перспектива

128

5. Масштабы вселенной

и ДРУше признаки расстояния, связанные с видимой поверхно­стью Земли, влияют на оценку размера Луны, смещая «нуль шкалы размеров».

Возможно, есть нечто удивительное в том, что четкое знание подлинных физических параметров Луны не влияет на величину ее видимых параметров. Ведь восприятие — это своего рода процесс решения проблем; очевидно, в данном процессе логическое знание мало влияет на выбор решения.

Тот факт, что Луна кажется больше, когда стоит низко над горизонтом, заинтересовал еще Птолемея. Он предположил, что низкая Луна воспринимается дальше линии горизонта, а высо­кая — ближе, отсюда разница в видимых размерах. Фактически Птолемей предложил объяснение в духе закона Эммерта5\ Но это неверно; обсуждаемый случай не согласуется с законом Эммерта: на самом деле Луна, расположенная над горизонтом, кажется од­новременно и больше и ближе. Мы могли бы сказать, что причину тут следует искать в рамках процесса первичного шкалирования величин в зрительной системе; увеличение видимого размера без увеличения видимой удаленности похоже на то, что происходит при иллюзиях искажения. Нам следует ожидать именно кажуще­гося уменьшения удаленности Луны, когда ее видимый размер возрастает, аналогично тому, как воспринимается в темноте любой светящийся объект.

Греки считали, что звезды — это светящиеся точки, вкраплен­ные в поверхность вогнутой сферы, центром которой является Земля. Мы все еще видим вселенную именно так, хотя и знаем, что она совсем другая. Мы видим Солнце, движущееся поперек неба, хотя знаем, что причина этого кажущегося движения Солнца — собственное вращение Земли.

Находясь в движении, мы замечаем, что Луна и звезды «сопро-"ождают» нас в пути. Разумом мы понимаем, что они неподвижны, НО так далеки, что параллактическое смещение их не может быть

Закон Эммерта, установленный способом наблюдения, гласит: «При неизмен->й величине ретиналвного изображения воспринимаемвш размер предмета прямо '' Р'порццонален воспринимаемому расстоянию до предмета». — Прим. перев.

6зак 47 129

5. Масштабы вселенной

нами замечено. Земные же предметы остаются на вид неподвиж­ными (параллакс их смещения слишком мал) только в тех случаях, когда предметы перемещаются вместе с нами; потому и небеса зрительно «сопровождают» нас в пути. Быть может, меня не со­чтут слишком большим фантазером, если я допущу, что именно видимое активное участие небес в перемещениях человека приве­ло его к вере в то, что звезды не холодные созерцатели земной суеты, а заинтересованные наблюдатели всех ее индивидуальных судеб.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации