5 оптических иллюзий, основанных на науке

Наука раскрывает истинную природу вещей, и иногда это пугает или противоречит нашим убеждениям. Но в этом вся суть: мы должны преодолеть наши мелкие человеческие предубеждения и неуверенность, чтобы упиваться достижениями научной мысли. Позвольте нам ускорить этот процесс (и чуть-чуть замусорить ваш мозг), раскрывая пугающую, противоречащую интуиции природу некоторых вещей и наше иллюзорное, слабое понимание реальности...
 

 

5. Вогнутые поверхности играют с вашим мозгом

«Мона Лиза» – одно из самых переоцененных произведений искусства (абстрактное искусство не в счет). Конечно, ее взгляд следует за вами по комнате, как у владельца мини-маркета в центре города, но то же самое можно сказать и о портрете Боба Марли из какого-нибудь магазинчика подарков ручной работы (так тот еще и может при случае светиться в темноте). На самом деле этот эффект можно легко воспроизвести и усилить с помощью небольшой научной хитрости.
 


 
Иллюзия перемещения динозавров основана на способности и склонности нашего мозга находить в окружающей среде шаблоны, особенно лица. И наш мозг все время видит лица, как настоящие, так и вымышленные – к примеру, лик Иисуса Христа на тосте.
 
И есть одна черта, которая объединяет все образы, которые мы видим: они выпуклые или обращены к вам.
 
Но морда тираннозавра на самом деле вогнутая. Эта инверсия означает, что черты на левой стороне морды динозавра находятся дальше от вас, что противоположно ожидаемому. И когда мы перемещаемся относительно него, наш мозг пытается понять эту угловую инверсию, создавая впечатление, будто динозавр поворачивает голову.
 
Вы можете создать собственную версию иллюзии, которая изначально была придумана в оптически извращенном уме покойного великого мага и иллюзиониста Джерри Андруса, который использовал дракона вместо динозавра.
 
Вы можете более четко увидеть, как создается этот фокус, благодаря выставке в Институте Франклина, единственном культурном объекте Филадельфии, где нет чизстейков или футбола. Там посетители музея наслаждаются увеличенной версией дракона, которая более четко демонстрирует его кривые черты лица.
 

 
4. Кажется, что вращающееся колесо не подчиняется законам движения
 
Природа – скряга, которая ничего не теряет. Как старушка, которая роняет леденец на пол, а затем тайком кладет его обратно в миску вместе сдругими его древними, слипшимися собратьями. Так устроена Вселенная: законы природы требуют сохранения вещей, включая массу, энергию и, что забавно, импульса.
 
Угловой момент определяет, насколько сложно начать или прекратить вращение: чтобы крутить что-то большое, требуется много энергии, но чтобы раскрутить человека, требуется всего пара двойных порций пива.
 
На видео человек, колесо и платформа образуют замкнутую систему, которая должна сохранять угловой момент, поэтому результирующий эффект равен нулю, потому что вещи в состоянии покоя предпочитают и дальше оставаться в таком состоянии. Когда колесо вращается, к замкнутой системе внезапно прибавляется движение, и природе это не нравится. Таким образом, согласно Третьему закону Ньютона, она отвечает равной и противоположно направленной силой, вращая человека в другом направлении. Таким образом, изменение углового момента человека компенсирует изменение углового момента колеса, балансируя силу.
 

 
Как и в случае со многими научными экспериментами, то, что кажется небольшим опытом, призванным разве что развеять скуку любопытствующих, на самом деле имеет серьезное значение в реальном мире. Гироскопы используют угловой момент для корректировки траектории ракетного корабля. Когда ракета поворачивается, эти гироскопы вращаются в противоположном направлении, чтобы выбрать правильный курс и не дать ей упасть в марсианский кратер или приземлиться обратно на Землю в пруду с карпами какого-нибудь несчастного домовладельца.
 
Это актуально и для любителей спорта. Квотербек, к примеру, передает угловой момент футбольному мячу, чтобы обеспечить победу в грандиозной игре.
 
3. Сканирующий затвор искажает фотографии
 
Изобретение фотографии позволило нам увидеть скрытые чудеса Вселенной: от самых далеких галактик до бесконечного биологического разнообразия микроскопического мира. Фотографии могут взрывать мозг, когда отражают нечто неправильное.
 

 
Это эффект сканирующего затвора, и он возникает с быстро движущимися объектами.
 
В камерах используются затворы двух типов: глобальный и роллинг-шаттер. Глобальные затворы можно найти в топовых, навороченных, дорогих фотоаппаратах. Они «щелкают» один раз, захватывая все изображение одновременно (обычно) за одну десятую секунды. Но в обычной цифровой камере и смартфоне используется сканирующий затвор (роллинг-шаттер), который снимает изображение построчно сверху вниз.
 
Так что разница во времени между верхом и низом изображения крошечная. Это также означает, что на фотографиях, которые вы делаете, запечатлен не один момент времени, а десятки моментов, соединенных вместе. Вы, вероятно, никогда не замечали этого в своей домашней фотографии, потому что это видимо только на быстро движущихся объектах. По сути, вы видите разные моменты движения в разное время, в зависимости от того, когда они были захвачены устройством обработки изображений:
 

 
А если частота кадров камеры синхронизируется с движущимся объектом, это создает такой же необычный эффект. Похоже на фиксацию сверхзвуковых крыльев колибри на месте, напоминающую сбой парящего дракона, вызванный загрузкой слишком большого количества порно-модов Skyrim.
 

 
Точно так же как съемка роторов вертолета, когда они находятся в одном и том же точном положении, напоминает сбой в «Матрице».
 

 
2. Преломление заставляет свет делать странные вещи
 
Свет преломляется, когда проходит через различные материалы, а преломление изменяет его скорость. Фактически, ваше зрение невозможно даже без способности ваших глаз правильно преломлять свет через многочисленные мембраны, ткани, всякие странные вещества на сетчатку. Большая часть света, попадающего в наши глаза, несколько раз преломляется, что потенциально приводит к некой дурацкой оптической иллюзии.
 

 
Убедительный образ обезглавленной Марии-Антуанетты у этой женщины получился благодаря многоступенчатому преломлению света, проходящего через изогнутую стену бассейна и воду, насыщенную мочой и фекалиями. После того как свет преломляется, он попадает в ваши глаза под другим углом, по-видимому, меняя положение объекта в пространстве.
 
Иногда преломление полностью инвертирует лучи света, чтобы, казалось бы, перевернуть изображение.
 

 
Когда лучи света проходят через стакан с водой, они изгибаются внутрь и сходятся в центральной точке. Благодаря такой фокусировке параллельных световых лучей увеличительные стекла позволяют сжигать муравьев или обильные высыпания на нижней части тела.
 
Но после того как световые лучи сходятся, они продолжают двигаться в одном направлении и пересекать друг друга – те, что пришли справа, теперь идут налево, и наоборот.
 
Вот и все: наш мозг, великолепный, изумительно сложный результат миллиардов лет кумулятивной эволюции, легко перехитрить скромным стаканом воды.
 
1. «Волшебный угол» раскрывает скрытые изображения
 
Вселенная считалась трехмерной, пока Эйнштейн не заставил мир ужаснуться, объявив, что время, неотделимое от пространства, является четвертым измерением. Следующим шагом вперед в нашем космическом понимании могут стать открытия дополнительных измерений, но как они будут выглядеть? Бредово. По крайней мере, согласно Джону Мунтину, который изобрел скульптуры Magic Angle Sculptures, чтобы доказать это.
 

 
Джон Мунтин – специалист по спектроскопии твердотельного ядерного магнитного резонанса в Аргоннской национальной лаборатории. Он понимает такие термины, как «тензоры химического сдвига», и изучает ориентацию вращающихся молекул в «аморфных твердых телах». Это означает, что он умен, и он хочет передать этот ум обычным людям, таким как мы.
 
Итак, Мунтин создал скульптуру Magic Angle Sculpture, чтобы продемонстрировать «магический угол» вращения: в микроскопическом масштабе молекула, которая вращается под магическим углом, показывает свои три ориентации при переключении между осями x, y и z.
 
То же самое и с «Волшебными угловыми скульптурами» Мунтина, тени которых принимают три различные формы, поскольку аморфная беспорядочная масса освещается сверху и вращается под магическим углом 54,74 градуса. Работа Мунтина исследует, «как восприятие влияет на наше представление о Вселенной». Видим ли мы вещи такими, какие они есть на самом деле, или все мы невольные участники грандиозной иллюзии, которые лишь мельком видят тени непознаваемой реальности? И это ставит тревожный философский вопрос: может ли 2D-вещь когда-либо принять фактическую форму 3D-объекта, основываясь только на отбрасываемых им тенях? И как мы, трехмерные существа, можем когда-либо узнать, что мы видим не просто упрощенную версию многомерной вселенной, которую мы на самом деле никогда не сможем увидеть или понять?