Великий російський фізіолог І. М. Сєченов з питання про зоровому сприйнятті рухів стояв на матеріалістичної точки зору. Він писав: ". щодо рухів, за якими очей в силах встежити, що представляється і дійсне збігаються один з одним ». Виявляється, що при русі об'єкта спостереження зустрічається також ряд зорових ілюзій, які обумовлені деякими властивостями нашого зорового апарату.
Ще Клавдій Птолемей (II ст. Н. Е.) У своїй «Оптиці» говорить, що якщо коло з пофарбованим сектором привести в обертання, то все коло нам здається забарвленим. Очевидно, ще древнім було відомо, що рухається з деякою швидкістю по колу вогонь перетворюється для нас на суцільне вогняне кільце.
Наше око має властивість утримувати протягом часток секунди зорове враження. хоча видимий предмет вже зник з поля зору.
Зорове відчуття світла вимагає деякого часу для виникнення. Якщо перед оком, адаптованим на темряву, раптово з'явиться яскраво освітлена поверхня, то зорове відчуття від неї виникає приблизно через 0,1 сек. При меншій різниці яркостей поля адаптації і виникає світлої поверхні цей час збільшується до 0,2-0,3 сек, при більшій воно скорочується. При цьому сила виникає зорового відчуття спочатку різко наростає - «спалах» здається яскравіше, ніж в дійсності, але потім порівняно швидко «приходить» нормальне відчуття яскравості. До цієї інерційності зору додається ще інерційність нервової системи, в якій сигнал від органів зору і відповідний сигнал руховим органом поширюється хоча і з великою, але не з нескінченною швидкістю. З моменту подачі сигналу середньої сили до моменту відповідного руху людини проходить в середньому 0,19 сек. У окремих осіб цей час коливається в межах від0? 15 до 0,225 сек. Коли людина сприймає сигнал одним оком, він реагує на цей сигнал повільніше: «відставання» дорівнює приблизно 0,015 сек.
Тільки в першій половині XIX ст. почали користуватися цією особливістю зорового сприйняття рухомих об'єктів. Так, в 1825 році у Франції був побудований прилад, так званий тавматроп, що представляє собою шматок картону, на одній стороні якого намальована, наприклад, клітина, а на іншій - пташка (рис. 128).
Мал. 128. Цю пташку можна побачити сидить в клітці.
При швидкому обертанні і одночасному спостереженні обох сторін картону пташка буде здаватися сидить в клітці. Можна шматок картону з малюнками на обох сторонах зміцнити на осі вовчка. Той же досвід можна зробити з карткою, у якій на одній стороні намальована стрибає кінь, а на інший жокеї (рис. 129).
Мал. 129. Якщо картонну картку із зображенням коня, що скаче на одній її стороні і жокея на іншій стороні почати швидко обертати на розкручування ниточці, то ми побачимо жокея на коні (як показано тут внизу).
Можливий ряд найрізноманітніших варіантів цієї іграшки: мисливець без дичини і з дичиною, дві окремі частини одного і того ж слова, балерина окремо від партнера і т. Д.
Між іншим, ілюзія перебування пташки в клітці може бути отримана і в інший спосіб. Слід взяти половину поштової листівки і помістити її вертикально між пташкою і кліткою так, щоб тінь від листівки не падала на рис. 128, потім притулити листівку разом з малюнком до носа і дивитися одним оком на клітку, а іншим на пташку. При цьому виявиться, що пташка зрушила і увійшла в клітку. Ця ілюзія пояснюється злиттям зображень предмета в правому і лівому оці в нашій свідомості в єдиний зоровий образ (стереоефект).
У 1829 р бельгійський фізик Ж. Плато побудував прилад, названий їм «фенакистископ». що складається (рис. 130)
з картонного кола, розділеного на кілька секторів з таким же числом віконечок; в секторах розміщені зображення дровокола в послідовних положеннях при розколюванні поліна сокирою. Якщо встати перед дзеркалом і дивитися при швидкому обертанні кола в віконечко, то вийде враження роботи дровокола.
Відома також спіраль Плато. на якій можна спостерігати послідовний образ руху. Якщо диск зі спіраллю (рис. 131)
обертати за годинниковою стрілкою, то після тривалого фіксування її оком у нас виникає враження стягування всіх гілок спіралі до центру; при обертанні спіралі в зворотному напрямку ми бачимо розбіжність спіралей від центру до периферії. Якщо після тривалого розглядання рухається спіралі поглянути на нерухомі предмети, ми побачимо їх рух в зворотному напрямку. Так, наприклад, якщо після тривалого спостереження за місцевістю з вікна потяга чи за водою з вікна рухомого пароплава ми переведемо погляд на нерухомі предмети всередині вагона або пароплава, то нам здасться, що вони теж рухаються, але в зворотному напрямку. Ці ілюзії пов'язані з послідовними рухомими образами.
Всім добре знайома ілюзія зору, коли з вікна поїзда, що стоїть ви бачите, як рушає в путь сусідній поїзд. Вам здається, ніби ваш поїзд повільно вирушає зі станції. Ви вже звикли пов'язувати в свідомості рухомі образи зі своїм рухом.
Ви дивіться у вікно з вагона кур'єрського поїзда, що йде зі швидкістю 60 км / ч. На схилах насипу ростуть червоні квіти, і ви хочете дізнатися їх, що це: троянди, маки або жоржини? Однак квіти миготять і дізнатися їх не вдається, хоча поїзд просувається всього лише на 16 м / сек. Відомо, що ластівка літає зі швидкістю близько 90 м / сек і на льоту вистачає крихітних комах, пролітає як стріла через отвори трохи більше її самої. Отже, вона бачить всі предмети навколо себе, і зорові враження у неї не зливаються. Людина не може встежити за подробицями більш-менш швидких рухів. Тому нам здаються іноді дивними моментальні знімки йде людини і т. П. Правильним буде твердження, що реальність речей, як вони сприймаються нашим зором, вірніше передає образотворче мистецтво, ніж моментальна фотографія.
Слідом за «іграшками», подібними зображеним на рис. 128-130, відбулася низка винаходів, що дозволяють бачити рухомі фігури при обертанні дисків. Всі ці пристрої були попередниками сучасного кінематографа, і по суті дію їх всіх засноване на здатності ока зберігати протягом деякого часу вироблене на нього світловий вплив. Око протягом приблизно 0,1 сек ще «бачить» те, що вже зникло. Так, в сучасному кіно при зміні 24-х кадрів в секунду і при перекритті вікна проектора в момент зміни кадру особливим екраном (обтюратором) наше око не помічає цієї зміни і сприймає не рух стрічки, а більш повільний рух фігур, що проектуються на екран.
Одночасний контраст яскравості ахроматических поверхонь можна зручно спостерігати за допомогою диска рис. 132.
Якщо цей диск швидко обертати навколо осі, то виходить шість кілець різної яскравості, яка поступово змінюється від білого крайнього до чорного в центрі диска.
Об'єктивно ці кільця по всій їх радіальної ширині матимуть однакову яскравість; суб'єктивно ж там, де будь-яке кільце стикається з більш світлим, воно здається помітно більше темним; там, де воно стикається з найближчим більш темним, воно видається більш світлим.
Гельмгольц пояснює це обманом нашого судження, він говорить: «Людина середнього зросту поруч з дуже високим здається маленьким, тому що в цей момент ми ясно бачимо, що існують більш високі люди, але не бачимо, що існують також і більш низькі. Той же самий чоловік середнього зросту, поставлений поруч з низьким, буде здаватися високим ». Ясно, що досвід розтушовування темної плями по всій поверхні диска при його обертанні пов'язаний з явищем збереження зорового враження. Такий же досвід робиться з кольоровим диском для спостереження явища змішування кольорів.
На принципі збереження зорового враження протягом десятих часток секунди засновані застосовувані нині у техніці стробоскопические методи вимірювання тривалості періодів швидко протікаючих процесів.
Так наприклад. спостерігач, збройної швидкодіючим затвором, розглядає крізь нього обертовий диск, причому спрацьовування затвора відбувається якраз в такий момент часу, коли диск займає строго певне положення. При частоті спрацьовування затвора більше 10 разів на секунду деякий сектор диска або радіус, прокреслений на ньому, будуть здаватися спостерігачеві нерухомими.
Інший спосіб отримання стробоскопічного ефекту полягає в тому, що досліджувану обертову деталь висвітлюють короткочасними світловими спалахами. Якщо частота повторення спалахів збігається з числом оборотів деталі в секунду, а інтервал між спалахами менше 0,1 сек. то в цьому випадку обертається деталь здасться спостерігачеві нерухомою.
Телебачення також використовує закон збереження зорового враження. У цьому випадку на люминесцирующий екрані електронно-променевої трубки приймача електронний промінь з дуже великою швидкістю як би «малює» зображення видимої нами картини, рухаючись по горизонтальних рядках і від рядка до рядка зміщуючись по вертикалі. Насправді він в точності повторює рухи іншого електронного променя, що рухається таким же чином по зображенню, отриманому в передавачі телестудії. Унаслідок великої швидкості переміщення електронного променя від верхньої частини екрану рядками до нижньої його межі, ми не помічаємо цього руху, але сприймаємо все зображення в цілому. Електронно-променевого метод розкладання зображення, переданого на далеку відстань, був вперше запропонований в 1907 р російським ученим Б. Л. Розінгом.
Вельми цікава ілюзія, пов'язана з появою кольорового забарвлення на чорно-білому обертовому диску (рис. 133),
Мал. 133. Диск. Бенхем.
спостерігалася ще в минулому столітті Бенхем і використовується тепер в психофізіологічних дослідах. Обертаючи диск зі швидкістю 6-10 об / сек за годинниковою стрілкою при досить яскравому світлі, ми помітимо на диску кольорові кільця. Більш віддалене від центру кільце набуває синьо-фіолетового відтінку, потім слід зеленувате, жовтувате і червоне кільця. При обертанні диска проти годинникової стрілки порядок проходження кольорових кілець змінюється на зворотний. На периферичному кільці іншого диска, зображеного на рис. 134,
з'являється червонуватий наліт, а на внутрішній синюватий, звичайно, якщо цей диск привести в обертання. При збільшенні швидкості обертання синюватий наліт зникає, і весь диск буде здаватися червонуватим.
Поява кольорового забарвлення при зміні швидкості чергування чорних і білих смуг привертає нині увагу дослідників, що працюють над проблемами кольорового телебачення. Однак існуючі пояснення цієї ілюзії не можна вважати повними і вичерпними.
Багато ілюзорні руху пояснюються як явищем збереження зорового враження, так і деякими ще недостатньо з'ясованими фізіологічними явищами, що мають місце в процесі зорового сприйняття (рис. 135-138).
Мал. 135. Фіксуючи погляд на одному правом або на одному лівому чорному кружку і похитуючи малюнок, ми побачимо, що чорний кружок котиться по жолобу.
Мал. 136. При погойдуванні цієї фігури вправо і вліво можна спостерігати переміщення очей на зображених тут пику.
Мал. 137. При обертанні малюнка все кільця здаються обертаються. Ілюзія заснована на принципі стробоскопічного ефекту.
Мал. 138. Якщо помістити очей в точку, де сходяться продовження зображених тут шпильок, і злегка похитувати малюнок, то шпильки здаються увіткненими в лист вертикально і хитними.
Відомий ряд явищ ілюзорного руху при спостереженні за рухомими об'єктами через щел ь або невеликий отвір в екрані. Так, наприклад, якщо перед щілиною в екрані з боку, протилежного від спостерігача, переміщати круглий диск, то він здається нам еліпсом, при швидкому русі диска здасться, що велика вісь еліпса лежить вертикально, а при повільному русі вона здається горизонтальною.
Приклади ілюзорних рухів дуже часто зустрічаються нам в звичайних умовах; наведемо тут ще деякі з них.
Так, з вікна швидко потяга ми бачимо, що рухаються всі предмети навколишнього поїзд ландшафту. Спостерігаючи місяць в хмарну ніч, ми бачимо, що вона швидко переміщається щодо нерухомих хмар. «Над полями, так над чистими місяць птицею летить. », - співається в російській народній пісні. Абсолютно справедливо китайське вислів: «Подивися крізь перила мосту, і ти побачиш, як міст пливе по нерухомій воді». Спиці швидко рухається велосипеда здаються нам злилися; коливається струна нам представляється розпливлася між нерухомими вузлами, і т. д.
Нашому зоровому апарату властиво явище, зване Автокинетический реакцією. яке може проявлятися в такий спосіб. Якщо тривалий час дивитися на нерухому крапку, що світиться, то неминуче починає здаватися, що вона рухається. Це пов'язано з тим, що очей не може утримувати зображення на одному і тому ж місці сітківки. Щоб уникнути помилки, потрібен час від часу відводити очі.
В лабораторії експериментальної психології військово-повітряних сил Швеції вивчали обмани зору у військових льотчиків. Виявилося, що 27 з 90 випробовуваних винищувачів, полюючи вночі за літаючої мішенню, втрачали її хвостовий вогонь, приймаючи за нього зірку. Нерідко полювання за зіркою і спроба піднятися вище неї тривала до десяти хвилин. Винищувачі при переслідуванні боялися втратити ледь помітну світлу крапку, дивилися на неї, не відводячи очей, і, звичайно, втрачали. Шведські вчені продовжують вивчати ілюзії зору у льотчиків.
У деяких старих підручниках фізики здатність ока зберігати деякий час зоровий образ розглядалася як один з недоліків нашого органу зору. Однак, маючи на увазі цей «недолік», людина створила такі сильні і загальнодоступні форми мистецтва, якими є кіно і телебачення.