物理爱好者

漫步云涧

天蛾

在纽约霍乱流行得极可怕的那一年，有一位亲戚请我上他的幽静的别墅去住两星期。假如不是每天有可怕的消息从城里传来的话，我们在那里本来可以过得很好的。可是简直没有一天不收到某个相识的人病死的消息。到末了几天，我们总是提心吊胆地等着报纸。甚至从南方吹来的风，我们看来也好像充满了死亡的气息。我整天觉得心惊胆战。幸而那家主人还比较镇静，总竭力安慰着我们。 　　有一天，天气很热，太阳快要落山了，我手里拿着一本书，坐在一个打开着的窗子前面。窗外可以看见河那面远处的小山。我的心早已不在书上，却飞到那充斥着凄凉和绝望的城里去了。我抬起头，偶然看了一眼窗外那个小山的裸露的山坡，突然看到一个奇怪的东西：一个丑恶的怪物很快地从小山顶上爬下来，消失在山脚下的森林里。在刚一看见这个怪物的时候，我还很怀疑我的理智，或者至少我的眼睛是不是很正常。只是过了几分钟以后，我才确信这并不是我的幻觉。这个怪物我看得极清楚。在它从山上往下走的全部时间里，我还仔细地观察了它。可是如果我把它描写出来，读者们也许不会轻易相信的。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　我曾经用一些大树的直径同这个怪物比较过，以便确定它的大小，我深信它比任何一只战舰都大。我说战舰，是因为这个怪物的形状很像一艘船：看了一艘装有74门炮的战舰就可以十分清楚地得到关于这个怪物的轮廓的概念。怪物的嘴巴长在一根吸管的尽头，吸管有二三十长，粗细差不多同普通的大象身体一样。在吸管的根上有一丛丛很密的茸毛，从嘴里突出两根发亮的长牙，向下耐和旁边弯曲着，像野猪一样，只是它的体积硕大无比。在吸管两旁，还生着两只毛直的大角，长一二十，看来好像是透明的，在日光下闪闪地发着亮光。这怪物的躯干好像一个顶端朝地的楔，上面长着两对翅膀──每个翅膀大约100米，一对叠在另一对上面。翅膀上密集地镶嵌着一些金属片，每一片的直径是3～6米。可是这个可怕的怪物的主要特点，还是它那几乎遮住整个胸部的下垂的头，它的耀眼的白色，在黑色的胸部衬托下，显得非常清楚，好像画出来的一样。 　　当我正怀着畏惧的心情注视着这个怪物，特别是注视着它胸部的那个可怖的外形的时候，它突然张开了口，大吼了一声……我的神经不能再支持了，而当怪物消失在山脚下的森林里的时候，我也昏倒在地上了。 　　在我苏醒以后，第一件事就是把所看到的说给我的朋友听。他听完了我的话，先是哈哈大笑，然后神色变得十分严肃，似乎一点也不疑心那是我精神恍惚的结果。 　　在这时候，我又看到了那个怪物，就高叫着指给我的朋友看。他看了一会，可是肯定说没有看到什么，虽然我在怪物下山的时候详细地对他说明了它的位置。 　　我用双手遮着脸。在把手拿开以后，怪物已经不见了。 　　主人开始向我问那怪物的外形。在我详细地告诉了他一切以后，他透了一口气，好像从某种难以忍受的重压下解放了出来似的。他走到书橱旁边，拿了一本博物教科书。他叫我换一个地方，因为靠近窗子看书里的小字比较省力。他在椅子上坐定以后，就打开书对我说道： 　　“如果你对怪物不描述得那么详细，我也无论如何没法给你解释明白那是什么东西。现在先让我从这本教科书里给你读一段关于昆虫纲鳞翅目天蛾科里的一种天蛾的描述。你听： 　　“两对带薄膜的翅膀，翅膀上满盖着有金属光泽的带色的小鳞片；口器是伸长了的下颚形成的，在它们的两旁有长着柔毛的触角的原始体；下面的翅膀同上面的翅膀是用坚固的细毛连在一起的。触须像三校形的突起。腹部是瘦削的。天蛾的头挂在胸部，它又会发出一种悲哀的鸣声，所以在民间有时候把它看作灾祸的象征。” 　　读到这里，他合拢了书，靠在窗上，姿势同我在看到“怪物”的时候坐的姿势一样。 　　“啊！原来就是它！”他叫道，“它正沿着山坡在往上爬，它的样子，我得承认，的确很奇怪。可是它并没有那么大，也不在那么远，不像你所想象的。它正沿着缠在我们这窗子上的一条蜘蛛丝往上爬呢。”

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为什么显微镜能够放大

对于这个问题常常可以听到这样的回答：“因为它能像物理学教科书里所说的那样按照一定的方式改变光线的进路。”但是这样的回答只说明了它的原因，还没有说出事实的本质。那末显微镜和望远镜能够放大的基本原因究竟在哪里呢？ 　　它的基本原因，我不是从教科书里知道的，而是当我还是一个小学生的时候，有一次注意到了一种怎样想也想不通的极有趣的现象而偶然理解的。我坐在关着的玻璃窗旁边，眼睛看着小胡同对面的一所房屋的砖墙。突然我恐怖地躲开了。原来我清楚地看见砖墙上有一只好几米宽的人眼在瞪着我……那时候我还没有读过刚才那个爱伦坡的故事，所以没有能够立刻理会到这只大眼睛就是我自己的眼睛在窗玻璃里的反映像，我把这个像看做是在很远的墙上，所以才把它估计得这么大。 　　猜透了这是怎么一回事以后，我就想能不能根据这种错觉的道理来制造显微镜。后来我试验失败了，我才明白显微镜放大作用的本质并不在于它能使被观察的物体显得尺寸大些，而是在于使我们能够在比较大的视角里看物体，因而──这是最重要的一点──物体的像在我们眼睛的视网膜上能够占据比较大的位置。 　　为了明白视角的作用在这里为什么这样重要，我们应该先来说明一下眼睛的一个重要特点：每一个物体或者它的一部分，我们如果是在比一分小的视角里看它，那它对正常的眼睛说来，就会聚成一点，使我们既看不清它的形状，也分不清它一共有多少部分。当一个物体离开我们眼睛的距离远到（或者物体本身小到）这样的程度，使这个物体的全部或一部分在我们眼睛里的视角比1分还小，这时候我们就不能分辨出它的结构上的细节了。原因在于：在这样小的视角里，物体（或物体的任何一部分）在视网膜上的像不能同时接触到许多神经末梢，而只能全部落在一个感觉细胞上。这时候，形状和结构上的细节都消失了──我们看到的只是一点。 　　显微镜和望远镜的作用是，它们能够改变所观察的物体发出的光线的进路，使我们能够在比较大的视角里看到这个物体。结果，视网膜上的像就扩大到可以接触到更多的神经末梢，而我们也能分辨清楚物体的这些本来看起来是聚成一点的细节了。“显微镜或望远镜放大100倍”这句话的意思是，我们通过这种仪器来看物体，视角要比没有它的时候大100倍。假如光学仪器不能放大视角，那末虽说我们觉得看到的物体是变大了，其实并没有放大什么。砖墙上的眼睛我觉得是很大的──但是，我不能在这个反映的像里看到比镜子里所能见到的更多一些的细节。月亮离地平线近的时候，我们觉得它比起在半空中要大得多──但是在这个好像比较大的月面上，我们能够比它在高空的时候分辨清楚更多的、即使只是多一个的黑点吗？ 　　　　　　　　　　　　　　　　 　　回头说那在爱伦坡的故事──《天蛾》里所描写的那种放大的情形，我们相信在这个放大了的天蛾的像里，也不能看出任何新的细节来。无论是把这只天蛾的像放到很远的树林里，或是移近到窗框上，我们看它的时候角度都相同，视角并没有改变。视角既然没有改变，那末这个物体的像，无论大得多么使你吃惊，也不能使你从里面看出什么新的细节来。作为一个真正的艺术家，爱伦坡甚至在自己故事的这一点上，也是忠实于自然的。不知道你有没有注意他是怎样描写森林里的“怪物”的。在他所列举的天蛾的那些肢体里，没有一样是我们用肉眼观察天蛾的时候不能看到的新东西。故事有意把天蛾描写了两次。如果把它们拿来比较一下，你就会看出它们之间的区别只是在字句的表达上（直径大约是3～6米的金属片──有金属光泽的带色的小鳞片；两只笔直的大角棗触须；像野猪一样的长牙──长着柔毛的触角等等），至于肉眼所分辨不出的任何细节，在第一次描写里也没有提到。 　　如果显微镜的作用只是上面所说的那种放大，那它就只是一种玩具，对于科学毫无用处。可是我们知道，实际的情况并不是这样。显微镜在人类面前打开了一个新的世界，使我们天然视力的界限向前推进了一大步。 　　俄罗斯科学家罗蒙诺索夫在《谈玻璃的用处》里写道： 　　尽管自然界赋予了我们锐利的目光── 　　但是它的力量有一个很近的界限。 　　不知有多少生物由于身体微小， 　　我们的目力怎么也看它不见！ 　　但是在现代，显微镜已经给我们揭露了肉眼看不见的、极小的生物的构造： 　　它们用来维持生命力的肢体、关节、 　　心脏、血管和神经是多么细小！ 　　小蠕虫的构造的复杂， 　　并不比大海里的巨鲸差多少…… 　　显微镜所揭露的看不见的微粒， 　　和身体里的细小血管，真是没完没了！ 　　现在我们已经可以明确地理解了：为什么爱伦坡故事里的观察者不能在怪蛾自己的身上看到的“秘密”，在显微镜里却能够看到。把上面所讲的总结一下就知道，因为显微镜并不是简单地使我们看见物体的放大形态，它还能使我们在比较大的视角里看到这物体。由于视角的加大，在我们眼睛的视网膜上就会出现物体的放大像。这像能作用在数目更多的神经末梢上，使我们感官得到的个别视印象的数目加多。说得简单一些，显微镜所放大的不是物体，而是它们在我们眼睛视网膜上的像。

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视觉上的错觉

我们常常说到“视错觉”“听错觉”，但是这个说法是不正确的。感觉器官是不会有错觉的。哲学家康德说得好：“感官不会欺骗我们，并不是因为它们随时在正确地判断，而是因为它们根本不判断。” 　　那末，在发生所谓“错觉”的时候，到底是什么在欺骗我们呢？当然，是那执行判断的东西──我们各人的脑子。真的，大部分视错觉的发生只是因为：我们不但在看，而且还在不知不觉中进行判断，在无意中把自己引上了迷途。所以这只是判断上的错误，而不是感官上的错误。 　　早在二千年以前，古罗马诗人卢克莱修就曾经写过： 我们的眼珠也不认识实在的本性， 所以请别把这心灵的过失归之于眼睛。 　　下面是一个大家都知道的视错觉的例子：图275里的力看上去似乎比B要窄些，虽然它们都在同样大小的正方形里。你所以会把它们看错，是因为你估计A的高度的时候，不自觉地把各个间隔加了起来。因此，这个高度就好像比同一个图上同它等长的宽度更大些。反过来，由于同样的不自觉的判断，B的宽度又好像比高度更大些。同样原因，图276的高度也似乎比它的宽度要大些。

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服装和错觉








　　假如把刚才讲过的视错觉，应用到一些一眼不能立刻看完的大图案上，那我们得到的错觉又会和上节里所得到的相反了。谁都知道，矮胖的人如果穿一身有横条纹的服装，看上去他就不但不会瘦些，反而会更胖些。相反地，他如果穿一身有直条纹和褶皱的服装，就会显得瘦些了。

　　这个现象应该怎样来解释呢？可以这样来解释：当我们看这样的服装的时候，我们是不能一眼把它看完的；我们的眼睛必然会不由自主地跟着条纹走。眼睛里的肌肉一用力，就迫使我们在不知不觉中把物体在条纹方向上看得过大。我们已经习惯于把视野里容纳不下的大物体的概念同眼睛肌肉的用力联系在一起。但是在我们看小的条纹图案的时候，我们眼睛可以留在原处不动，眼睛的肌肉因而也不会感到疲劳。

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哪个更大

在图277里，哪个椭圆形更大些：是下面一个还是上面放在里面的一个？你可能这样想，认为下面一个比上面那个大些。其实两个都是一样大的。只因为上面那个椭圆形的外面还有一个椭圆形围着，结果就造成一种错觉，认为上面那个椭圆形比下面那个要小一些。 　　　　　　　　　　　　　　　　 　　还有，整个图形在我们看来不是平面的而是立体的──形状像只桶（我们都会不由自主地把这些椭圆形看成是从远处望见的圆，而侧面的两条直线，又会看成是桶壁），这些都加强了我们的错觉。在图278中，a和b两点间的距离好像比m和n两点间的距离更大些。从同一个顶点引过来的第三条直线更加强了这个错觉。

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想象的力量

大多数的视错觉，像已经说过的一样，都是由于我们一面看，一面在不知不觉中进行判断而发生的。生理学家说，“我们不是用眼睛看，而是用脑子看。”你如果熟悉某些幻像，而这些幻像又是你在有意识地把想象力参加到看的过程中以后得到的，那你就会乐于同意上面的说法。 　　　　　　　　　　　　　　　 　　让我们把图279仔细看一下。假如你把这张图拿给旁人看，那你就会得到3种答案。有的人说这是楼梯，另一些人说这是从墙壁上挖出来的四人的壁龛，还有些人会从图里看出一条折成手风琴褶壁状的纸条，并且说，这纸条是斜放在一块白色方块上的。 　　奇怪的是这三种答案竟都是对的。假如你从不同的方向看这张图，你就可以看到所有这些东西。详细地说，看图的时候，你如果先把视线对准图的左面部分，你就会看到一个楼梯。如果你把目光顺着图从右向左看，你就会看到壁龛。如果你的目光跟着对角线从右下角向左上角斜着看过去。那你就会看到一条手风琴褶壁状的纸条。 　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　可是看的时间过分长了，你的注意力就会疲倦；并且你会轮流地看到这三种东西，一会儿第一个，一会儿第二个，一会儿第三个，已经不管你的愿望是怎样的了。图280也有同样的特点。图281里的错觉很有趣，我们会不由自主地觉得AB之间的距离比AC短。其实它们是相等的。

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这是什么

看了图288，你未必能立刻猜到里面画的是什么。你会说“那不过是些黑白点做成的格子网”。可是你把书竖在桌子上，后退三四步，然后看它，你就会看到一只人眼。你走近些──出现在你面前的又只是个什么也不表示的格子网…… 　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　你当然会想到这是某一位天才的雕刻家想出来的一种巧妙的“把戏”。不，这不过是一种错觉的粗浅的例子，在我们每次看铜版图的时候都会看到。书上和杂志上的图画，看上去常常是连成一片的，可是你如果用一个放大镜来观察它，那在你面前就会出现跟图288所画的一样的那种格子网了。这张使我们看不出东西来的图画不是别的，只是一张放大了10倍的普通铜版图的一部分。不同的地方只是书籍杂志上的图画格子小，你在近距离里看它，它已经就是密密的一片──通常你看书的时候，眼睛离书的距离就能使你得到这种印象。这里的格子大，要得到同样的印象，就得站在比较远的地方。