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  大家中秋节快乐!说到月亮,大家想必有这样的体验:地平线上的月亮看起来比高高挂在空中的月亮大一些,Sheldon小时候经常望着月亮发呆,思考这是为什么。

【一轮巨大的红月亮漂浮在地平线上,像是日本漫画的唯美场景。】

  月亮并没有变大

  记得曾经从一本科普书中读到,现代科学仪器测量出月亮影像在视场中的张角是30角分左右,这在眼底也就占据了0.15 mm宽的地方[1]。可以推测,月亮变大应该是一种错觉。那么,错觉又是怎样引起的呢?那时候,Sheldon有晚上抬头观察星空的习惯,那个姿势保持久了容易脖子疼,这是不是引起错觉的原因呢?科学假说需要实验来验证,Sheldon改成躺在房顶上看空中的月亮,这就和站着看地平线上月亮的姿势一样。按照Sheldon的理论,这时空中的月亮也会变大。于是专门等半夜月亮升高时爬起来试验了一下——瞬间就被证伪了。在民间搞理论就是不靠谱啊。

  就像绝大多数生活中的物理问题一样,最早研究这个问题的人又是亚里士多德,而且像他的其他物理定律一样,这种哲学思辨论述最终被实证推翻了。公元前4世纪的时候,他猜想月亮的影像变大了,是因为月光被地平线附近的空气折射,所以看起来比空中要大一些[6]。即使不会做月光折射的计算,现在的你也很容易超越亚里士多德的见识。因为当你激动地用普通相机把月亮拍下来时,就会发现照片里的月亮毫不起眼,像是卸了妆的当红明星,让人大失所望。古代没有这个条件,所以直到一千四百多年后,阿拉伯物理学家阿尔哈桑(Alhazen)才纠正了亚里士多德的错误,认为这种效应是主观感知的结果[6]。

  难道这真是错觉?

  事实上,不仅仅是月亮,就连太阳,以及夜空中的星座,在地平线附近时都会看起来比在天空中时大一些。地平线附近总会有许多人类熟悉的事物,例如山脉,房屋,大树等等。对比之下,月亮就会显得大很多。这种现象就是著名的庞佐错觉(Ponzo illusion),最先是由意大利心理学家马里奥 庞佐(Mario Ponzo)发现的。如果把一张纸卷成一根管子,来一次管中窥月,就会发现地平线上的月亮马上变正常了[1]。

  【庞佐错觉的经典例子:上下两条粗线其实是一样长的,但是上面那条看上去长很多。】

  这个解释并不能让人满意,因为当飞机上的飞行员在空无一物的地平线上观察月亮时,仍然会有这样的错觉[1]。这其中一定还有别的原因。会不会是距离的原因呢?纽约长岛大学心理系的两名研究者做了一个实验,他们用电子设备投影出两个立体的虚拟月亮,一个可以用键盘调节远近的感受,一个固定在远处作为参照。实验要求被试者在水平位置和45°角的位置分别调节那个可动的“月亮”的远近,使它刚好位于被试和用于参照的“月亮”的正中间,这样就得到了不同角度的“月亮”在人类心中的相对距离。实验的结果是,在被试的主观感受中,水平线上的“月亮”看起来要比天空中的远4.2倍[5]。这个结果不难理解,不信你抬头去看天空的云,是不是感觉地平线附近的云要比头顶的远得多呢?

【如图中的云,我们通常会觉得地平线附近的云要比头顶的远得多。】

  为什么感觉较远的月亮看起来反而大呢?如下图所示,人们感受大小时,不单单靠比较物体在视场中占的角度,还要比较物体的距离[5]。在角度相等的情况下,如果你知道其中一个物体距离更远,你的大脑就会把它的尺寸估计的更大一些。上述结果发表在2000年的《美国科学院院报》上,感觉够权威了吧?可是仍然有人不信服。

【一个看起来越远的物体,大脑就会把它的尺寸估计得越大。】

  错觉并不是唯一的解释

  威斯康辛大学白水分校的两位研究者认为大家一开始就搞错了。月亮的张角确实没有变化,但人们所感知到的张角却大不相同。和比较照片上物体大小的原理不一样,人们比较不同距离的物体时,眼睛的焦距会略微变化。当人们的目光从地平线附近的物体移到月亮时,会觉得月亮的张角会略微变大一些,叫做眼动巨视效应(oculomotor macropsia);相反,当人们注视天空中孤零零的月亮时,又会发生眼动生微视效应(oculomotor micropsia)。这两位研究者认为,眼动效应才是导致月亮大小变化的真正原因[3]。

  这种说法有没有道理呢?2006年,华盛顿大学和明尼苏达大学的研究者在《自然-神经科学》杂志上发表了一篇文章。他们通过功能性核磁共振成像(fMRI)得出结论,如果两个物体张角相同,离得远的那一个在视网膜上占据的空间反而更大;同时,它在大脑视觉皮层中激活的区域也更大!这说明人类的视觉系统很早就在加工物体大小和远近的信息了。这个科学实验从一个方面支持了眼动效应的解释[3,8]。

  虽然地平线上月亮变大的问题看似简单,现代科技武装的科学家也做了不少研究,却没有形成标准答案。以上都是人们经常提到的观点,除此之外,还有很多理论剑走偏锋,看似古怪,却也不乏合理之处[2,4]。目前最新最全的资料是海伦 罗斯(Helen Ross)和柯尼利斯 普拉格(Cornelis Plug)的一本288页的书,叫《月亮幻觉之谜》[7]。如果你意犹未尽,就想办法弄一本来看看吧。

参考文献
[1]http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2007/27jun_moonillusion/
[2]http://www.lhup.edu/~dsimanek/3d/loony.htm
[3]http://facstaff.uww.edu/mccreadd/
[4]http://www.lhup.edu/~dsimanek/3d/moonillu.htm
[5]http://www.pnas.org/content/97/1/500.full
[6]http://en.wikipedia.org/wiki/Moon_illusion
[7]http://www.amazon.com/Mystery-Moon-Illusion-Helen-Ross/dp/019850862X
[8]http://www.nature.com/neuro/journal/v9/n3/full/nn1641.html

 

 

 

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channelId 1 1 地平线上的月亮为什么大一些? 1 记得曾经从一本科普书中读到,现代科学仪器测量出月亮影像在视场中的张角是30角分左右,这在眼底也就占据了0.15 mm宽的地方[1]。可以推测,月亮变大应该是一种错觉。那么,错觉又是怎样引起的呢?那时候,Sheldon有晚上抬头观察星空的习惯,那个姿势保持久了容易脖子疼,这是不是引起错觉的原因呢?