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假如眼睛欺骗了你,该如何证明「眼见不为实」?

日期: 来源:中科院物理所收集编辑:中科院物理所

著名的英国博物学家,进化论的奠基人查尔斯 · 达尔文 (CharlesDarwin,1809—1882)有一句幽默的名言:

当然,说谎的并非大自然,而是假象给人造成的错觉。

徐霞客 (1586—1641)是我国明朝著名的地理学家。有一次,他到了云南大理 县的点苍山,看到了海拔2030米的云弄山麓有一处“蝴蝶泉”。

他在一篇游记中写道:“……又有真蝶千万,连须钩足,自树巅倒悬而下,及于泉面,缤纷络绎,五色焕然。”

有一个姓赵的游人来到泉边观赏,发现了一种奇怪的现象:在泉边飞舞的蝴蝶躯体小,成串倒挂在树枝上的躯体大,白天倒挂的晚上飞走了!他感到很奇怪,便去请教蝶类专家。专家说:白天倒挂的应该不是蝶,而是蛾。蛾昼伏夜动个体大,蝶昼动夜伏个体小。

于是他写下了《蝴蝶泉边的发现》一文,证实了千百年来对“蝴蝶泉”的叫法是一个错觉!

如果一个关于自然界事物的命题是真实的,我们便称为事实。

然而单凭直观感觉来判断,很可能会使人陷入错觉的漩涡。直觉的偏见,而导致非科学的推理,在科学史上屡见不鲜!最为生动的例子莫过于地心说。

人们清晨看到太阳从东方地平线上冉冉升起,傍晚又见到太阳从西方地平线上徐徐下落。太阳的上升与下落使人类感觉到了白昼与黑夜。

因此,有几千年时间,人们以为地球是宇宙的中心,而星星和太阳都围绕着地球运转。这种假象所造成的偏见,是如此根深蒂固地植入那个时代人们的脑海,以至于当发现在地球上观察一个行星,它好像是按回线运动时(图1),依然对错误的偏见执信不移。

图1

图2是在6~8周时间内,在地球上观察到的著名行星在恒星图案中绘出的运动路线。这种路线正如大家看到的那样,表现为极其美丽和规则的回线。所画行星的名称,从上到下依次是:水 星、金星、火星、木星和土星。

今天,“地心”的错觉已经恢复了本来的面目。大概没有什么人会怀疑地球是围绕太阳转的了,我们也都知道由于地球的自转带来了黑夜与白天!

图2

背景的干扰,常常会产生光学的错觉,下面是一些有趣的例子。

当你注意图3的图案时,你似乎会感觉到在白条的相交处有隐隐约约的阴影。这是因为离相交点较远的任何交界点周围黑色较多,因而显得比两白条相交处更为明亮的缘故。

图3

图4的4条水平线段其实是等长的,但看起来似乎长短不一。这种错觉产生的原因,是由于你的眼睛只注意箭头内的终点,而不随之到尖端。

图4

图5的黑框实际上是两个正方形,由于背景线条的干扰,很可能会产生变形的错觉。

图5

图6的7条斜向直线都是平行的,但在你的最初感觉中,一定会以为它们是歪歪扭扭的。

图6

抛弃直觉的偏见,需要敏锐的观察和科学的思维。只有摈弃“想当然”,才能识 别假象。

19世纪中叶,德国著名化学家尤斯图斯 · 冯 · 李比希 (JustusvonLiebig, 1803—1873)到英国进行考察。有一天,他在一家制作“柏林蓝”的工厂,看到了制作这种颜料的过程:把动物的皮和血与某种药水调和放在铁锅中煮。在加热的同 时,用一根铁棍使劲地在锅里不断搅拌,搅拌时发出极大的声响。主人介绍说:“搅拌锅里的溶液时,搅的响声越大,柏林蓝质量越好!”

然而李比希却从假象中领悟到本质。他在寄回祖国的信中写了以下一段话:“用这种材料制作柏林蓝,另加一些含铁的化合物就行了,并不需要发出响声。因为使劲蹭锅,无非是想把锅上的铁屑蹭下来,使它与液料化合而制成柏林蓝。这种作法虽不是毫无道理,但做出来的柏林蓝质量却不一定好,而更重要的是浪费了劳动力。”

下面有趣的问题,对于认识“想当然”的危害是再好不过的了!

两个人对一张画展开了争论。

甲说:“月亮发亮的部分接近正圆,所以这一天是阴历十五或十六。”

乙说:“怎么会是阴历十五呢?阴历二十左右吧,月亮缺着呢!”

你能判定谁说的对吗?可能你已经猜到了,甲说的是对的!

图中的“月缺”只是一种假象,一定是被看不见的什么物体遮住了。因为月亮被太阳光照射,它将近有一半是发亮的。所以地球上看到的月亮图形,它的两个尖点连线应大致通过圆心(图7)。而画中的月亮图形显然不具备这一性质,因此判定图中缺的部分是被别的物体遮住了。看起来乙说的“月缺”只是一种错觉。

图7

下面是一道几何上有名的错觉证明的例子。

已知:在四边形ABCD 中,AB=DC,求证:AD∥BC

证明:如图所示,令线段 AD 与BC 的垂直平分线相交于E 点。已知:

△ABE≌△DCE(S.S.S)

故 ∠1=∠2

因为 ∠3=∠4(EA=ED)

所以 ∠BAD=∠CDA

同理可证∠ABC=∠DCB

因为 四边形内角和为360°

所以 ∠DAB+∠ABC=180°

从而 AD∥BC

证毕

学过几何的读者都知道,结论肯定是不对的!那么问题出在哪里呢?我想,只要仔细琢磨,破绽是一定会被找到的。快拿出纸笔来算一算吧~

人类的正确思维基于下述两点:一是事实,二是推理。事实是推理的依据,推理则 是连接事实与结论的纽带。然而,错觉常常使人们的思维陷入一种漩涡。因此当我们检验有关事物的真实性,并作逻辑推理的时候,不要忘记我们感官上 可能产生的错觉,多问几个为什么!

作者:张远南 张昶

部分图源于网络

版权归原作者所有

编辑:张润昕

转载内容仅代表作者观点

不代表中科院物理所立场

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来源:原点阅读

编辑:深浅

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