按照人們的日常經驗,通常覺得太陽(月亮)在天邊時近,在頭頂時遠,這是錯覺嗎? | 知乎問答精選

 

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按照人們的日常經驗,通常覺得太陽(月亮)在天邊時近,在頭頂時遠,這是錯覺嗎?

2017年08月10日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 16 ℃ 次

從科學的角度來說,人站在地面上,到底是距離天邊的太陽近還是頭頂的太陽近還是距離一樣呢?假設距離一樣,那麼物體在視網膜上的成像應該一樣大怎麼會出現大小差異呢?

【TINALIU的回答(27票)】:

------ 2015.09.29更新:超高能補充"月球錯覺的打臉篇" ------

(之前已經點讚的小朋友也請快回來繼續看~)

鑒於大家踴躍評論與回答,感覺有必要補充說明一下其實這個月球錯覺遠比我們想像的複雜,而且特別容易給大眾以及各種物理、天文、哲學、心理學家們一種很容易解釋的錯覺(只有孔老夫子率先表示這個問題好難,我不知道唉)此刻,答主負責任地感到有必要為了科普而展開一下之前的回答裡沒有具體說的那些被否決的解釋以及它們為何被否決(有諸葛Tina獨門破解方法提供喲,也歡迎大家補充其他破解方法)。

(下面先說兩個被打臉的著名觀點,等贊數超過100我就繼續補充關於月球錯覺的諸多其他解釋/觀點)

1. 折射解釋

遠在公元前4世紀的時候(天吶,原來這個問題困擾了我們超過兩打/24世紀)... 亞里士多德老先生疑似走民間科學路線地說,這個嘛,因為月光被地平線附近的空氣折射,所以月亮變大了(注意,他指的是由月亮的物理形態變大導致的知覺上月亮變大)。欣(要)慰(命)的是,亞里士多德並不是一個人在戰鬥,公元二世紀希臘天文學家托勒密亦曾在《天文學大成》旨在用大氣層折射來解釋月球錯覺。

一千年以後, 所有人都遺忘了我,那時紅色黃昏的沙漠......(哎呀畫風錯了NG重來)

一千年以後,這個錯誤才被阿拉伯物理學家穆哈默德·本·哈桑·本·海什木·巴士拉(Abū ?Alī al-?asan ibn al-?asan ibn al-Haytham,Latinized as Alhazen)在《光學寶鑒》(Book of Optics)中將其糾正為純知覺/心理錯覺。恕敝人愚昧無知學業不精並沒有看過其阿拉伯語原著,也沒有看過英文/中文版 (難道只有我覺得寶鑒帶著一股弄弄的大話西遊風麼,誰翻譯的這麼有創意,跳出來保證不打你)。

破解方法:用固定三腳架相機照n張不同位置的同一天月亮,然後你會興(郁)奮(悶)地發現照片裡的月亮大小是一樣的(如有些許測量誤差,與直覺上的大小相比基本可以忽略不計)。

2. 大小恆常/艾賓浩斯錯覺(Ebbinghaus Illusion)

圖片來源:圖片來源:A New Optical Illusion Demonstrates How Gullible Our Brains Really Are

上圖中的橙色圓圈在被大圓(左)和小圓(右)走了個農村包圍城市的時候,我們不自主的會覺得左邊的橙色圓圈比右邊的要小挺多的。其實他們的物理大小是一樣的(不信你去量!反正肯定有人忍不住去量的,所以你一定不是一個人在戰鬥,想量就量吧沒什麼不好意思的)同理,我們覺得低空的月亮好似更大是因為被周圍的樹木啊樓房啊襯托顯得月亮姐姐臉大。然而高懸天心的時候被廣袤的黑暗所覆蓋,所以顯得月亮姐姐臉小。說樹木和樓房像小球我覺得尚可以接受,但是我書讀的少,真的沒看到關於黑暗似大球的官方解釋啊(被這個比喻深深困擾中......)

破解方法: 在並無地面物體參照物比如 1)沙漠 2)海平線 3)坐飛機在高空中也會出現月球錯覺。據以下TED-Ed提供的視頻所言,這個錯覺甚至在天文館中都會出現。如下圖所示,天文館將整個天空(包含地平線在內)都投射在一個球形圓頂上。想想都覺得好美。

圖片來源:The moon illusion - Andrew Vanden Heuvel圖片來源:The moon illusion - Andrew Vanden Heuvel

youtube.com/watch?

千古年來,時勢造英雄(然而敝人深深感到科學其實是在打英雄的臉中向前進的),也造就了多篇寫此錯覺的Science文,甚至還有兩本書 The Mystery of The Moon Illusion: Exploring Size Perception (Helen Ross & Cornelis Plug, 導論在此歡迎圍觀 lecerveau.mcgill.ca/fla) 以及 The Moon Illusion (ed by Maurice Hershenson) 都團結緊張嚴肅活潑地總結過關於月球錯覺的各家觀點然而也都說沒有哪個理論在解釋月球錯覺上具備壓倒性的勝利。通常來說視錯覺書走的都是泛泛路線演示演示各種有名的錯覺如果能有些解釋算是段位比較高了,然而單獨作為一個視錯覺受到學術界如此高的關注,側面說明了此月球錯覺不愧為是視錯覺中的戰!鬥!機!

希望本座並不是在一本正經的胡說八道... 歡迎專業研究視錯覺的大牛們到此一遊順手拍磚~雖然視錯覺並不是本人研究方向,但每次去視覺科學學會(Vision Sciences Society)在佛羅里達的年會的時候都超級期待那個年度最佳視錯覺大賽 Best Illusion of the Year Contest ,大家可以去圍觀,也可以考慮向大賽投稿喲。

------------ 以下是 2015.09.28 原回答 ------------

借此中秋賞「超級月亮」之際(然而並沒有看到月全食),本座又回顧了一下題主所說的此經典視錯覺現象。它的學名叫「月球錯覺(moon illusion)」,不過也適用於題主所說的,以及兩小兒所辯的,日。主要因為正午烈日當空的時候我們並不願意冒著傷眼的危險直視太陽,所以以下解說主要以可以被隨便看的月亮姐姐為主打。

------------ 以下是正文,以下全家都是正文 ------------

題主的問題換句話說就是,為什麼靠近地平線上的太陽/月亮顯得比高懸天心的太陽/月亮要大呢? 我們看月亮的知覺上就像下圖左邊這樣,然而兩個月亮的實際物理大小是一樣的,如右圖所示(其實個人覺得這個演示並不是特別明顯,但是大家已經有相關的日常經驗應該知道我在說什麼)。 這些哲學、物理、天文大家們,哦還有孔子與兩小兒都有為此現象苦思不得其解,明明是同一個太陽/月亮,難道我們眼中有不能說的秘密?

圖片來源: 圖片來源: Moon Illusion Explained!

其實這個秘密並不在眼中,因為儘管在天空中位置不同,同一個月亮在視網膜成像的大小是一樣的(如右上圖所示)。此「秘密」其實在我們的腦中,是一個經典的、由大腦自動糾正而產生的視錯覺。千百年來此"月球錯覺"命途多舛的經歷了"折射解釋"、"注視角假說"、"大小恆常/艾賓浩斯錯覺"等等解釋,然而這些都不本質不能全面解釋月球錯覺及其衍生現象,所以我只想提一提現在接受度比較廣泛的"視距離理論"(apparent distance theory)

圖片來源: https://psycheleven2015.wordpress.com/category/perceptual-illusions/

這個理論簡單的說,是由於我們看地平線或低空的月亮時因為地形、地面多參照物、以及諸多個人因素等使我們感覺這時的月亮離我們更遠。在同樣視網膜大小的情況下,心理預期距離越長的時候,知覺到的月亮就被大腦自動糾正向大的方向補償。所以低空的月亮就在我們腦中不知不覺的「放大」啦。請注意,我說的視網膜大小相同是基於同一晚的月球物理大小本身不會因其天空位置而變化,而且我們暫不考慮近日點遠日點的問題因為不是同一天。

根據物理系宇宙學方向@Hongyu Zhu大神的補充(此處應有掌聲), 近年來還有一個叫做"視物顯小理論(Convergence Micropsia)在此很值得一提。這個理論說的是我們大腦通過將雙眼聚焦來判斷物體的距離以及大小。當我們向地平線看去的時候,眼睛聚焦的位置在-那-遙-遠-的-地-方~ 此番視覺反饋會告我們的大腦,是的大人,我們再看遠方,所以在-那-遙-遠-的-地-方出現的月亮那貨其實應該特!別!大!

如果你依然覺得不是很明白的話請看下圖,二球的物理大小以及其視網膜大小都是一樣一樣的(不信你去拿尺子一量便知)然而我們會覺得遠的那個球比較大。同樣的對於感覺離我們遠的物體(比如地平線或低空的月亮),大腦有補償將其放大的原理

圖片來源: 圖片來源: http://hboyaci.bilkent.edu.tr/Vision/

其實有機會本座可能還想補充一些關於此錯覺及其原理的腦成像的研究(比如Daniel Kerston等大牛有些設計精妙的腦成像研究),但是感覺再寫下去並不能很好的兼顧科普以及與大家愉快地做朋友了,估計不是你們要瘋了就是本座寫瘋了...... 唉,本座其實也不是專業做視錯覺的,歡迎專業人士補充以及友好地進行學術討論。不過有興趣的讀者可以去玩Kersten實驗室提供的"Cortical mechanisms of perceived angular size in 3D context"演示。高能預警! hboyaci.bilkent.edu.tr/

好的就是這樣。言簡意賅且忍住沒有展開談任何實驗,對此本座居然很滿意......

最後,如果題主有興趣可以去一下專欄瞭解如何將月亮「看「/」照「起來大一點?

說不定下次和心愛的人兒看日出/日落/月圓的時候你就能用上這招呢!拿去不謝!如有勇氣繼續挑戰這個連牛頓都無法解釋的現象的童鞋們,也請拿去不謝!

錯過了中秋"超級月亮"? 教你如何正確將月亮"看"大 - 通往心靈中央的旅程 - 知乎專欄

References

這個TED-Ed視頻講解的非常好,絕對值得一看.

The moon illusion - Andrew Vanden Heuvel

youtube.com/watch?

視距離理論(apparent distance theory):

(忽然發現他倆這是在Science同一期上灌水的節奏啊...要不要這麼明顯...)

Kaufman, L., & Rock, I. (1962). Science, 136, 953-961.

Rock, I., & Kaufman, L. (1962). Science, 136, 1023-1031.

腦成像方面:

Fang, F., Boyaci, H., Kersten, D., & Murray, S. O. (2008). Attention-dependent representation of a size illusion in human V1. Current Biology, 18(21), 1707-1712.

Murray, S. O., Boyaci, H., & Kersten, D. (2006). The representation of perceived angular size in human primary visual cortex. Nature Neuroscience, 9, 429-434.

【不想填的回答(0票)】:

難道不是大腦自動選擇不同參照系統的緣故?在地平線附近時,大腦會自動選擇日月附近的物體作為參照,比如山體,建築物等,於人而言都是「大」物體。而日月孤懸空中時,由於其附近沒有肉眼可見參照物(偶爾經過的飛機不算),會自動腦補成以自己的人體(頭部)作為參照。

山體肯定比人頭要大嘛

【顧山的回答(0票)】:

小學物理能解答。

【李文輝的回答(0票)】:

我明白,但為什麼那隻鳥長辣麼大呢

【比萌芽還萌的回答(0票)】:

孔子東遊,見兩小兒辯鬥。問其故。

一兒曰:「我以日始出時去人近,而日中時遠也。」

一兒以日初出遠,而日中時近也。

一兒曰:「日初出大如車蓋,及日中則如盤盂,此不為遠者小而近者大乎?」

一兒曰:「日初出滄滄涼涼,及其日中如探湯,此不為近者熱而遠者涼乎?」

孔子不能決也。

兩小兒笑曰:「孰為汝多知乎?」

感覺大小不同是參照物不同,一個以地平線為參照,當然大,另一個以整個天空為參照,當然小。

非得說什麼時候更近,我覺得是頭頂時吧,「日初出滄滄涼涼,及其日中如探湯,此不為近者熱而遠者涼乎?」

當然這是在太陽是發熱的基礎上。

當年我學這篇課文時就在想,那小孩兒咋知道太陽是熱的,為啥不能是涼的哩~

標籤:-心理學 -生活 -地理 -錯覺


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