有没有这样的经历?傍晚放学了,背着书包往家走。路口一转弯,忽然看到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。Sheldon小时候就容易望着月亮发呆:为什么地平线上的月亮看起来比高高挂在空中的月亮大一些呢?
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]。
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。这种现象可以用著名的庞佐错觉(Ponzo illusion)来解释。这个错觉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]。
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。
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面积反而更大;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
本文已发表于果壳网 自然控主题站 《地平线上的月亮为什么大一些?》