Если вы хотите, чтобы жесткий карандаш превратился в резину, просто спросите ученика начальной школы. В своем любимом игровом трюке фокусник-любитель берет карандаш возле кончика и слегка покачивает его вверх и вниз. При правильном выполнении иллюзии прямая линия превращается в извивающуюся волну.

Итак, как работает иллюзия резинового карандаша?

Давайте начнем с простого объяснения: ваши глаза и мозг просто не успевают. Когда свет попадает в ваши глаза, рецепторы, называемые палочками и колбочками, передают сигнал по нервам в ваш мозг, который обрабатывает его. Думайте о каждом из этих сигналов как о фотографии. Ваш мозг связывает эти изображения вместе так, что кажется, что они движутся плавно, как в книжке-книжке.

«Глаза, как правило, со временем собирают свет», - сказал Джим Померанц, когнитивный психолог, изучающий зрительное восприятие в Университете Райса в Техасе.

Но у людей очень медленные зрительные системы, сказал Померанц. Согласно исследованию 2016 года, опубликованному в журнале, люди могут обрабатывать от 50 до 100 отдельных кадров - страниц в этом флип-альбоме - в секунду, в зависимости от размера того, что мы видим. Для контекста, некоторые виды птиц могут обрабатывать 145 кадров каждую секунду. Есть некоторые доказательства чтобы предположить, что комнатные мухи могут обрабатывать до 270 кадров в секунду, а самые быстрые мухи может обрабатывать 400 кадров в секунду.

При отслеживании быстро движущегося объекта ваша зрительная система фактически не ощущает движение объекта в реальном времени. Вместо этого каждый кадр движения оставляет на сетчатке глаза, которая воспринимает свет, примерно миллисекундный отпечаток. Вот почему, если вы быстро махнете рукой перед лицом, вы увидите размытие, и почему кажется, что люминесцентные лампы излучают ровный свет. «Люди не осознают, что эти люминесцентные лампы мерцают», - сказал Померанц. Если бы вы были, скажем, голубем, вы бы увидели стробоскоп.

Итак, когда ваш друг трясет карандашом вверх и вниз, ваша зрительная система на самом деле не фиксирует это движение в деталях; - это краткое изложение, - сказал Померанц. Здесь все становится немного сложнее. Когда Померанц опубликовал первое исследование иллюзии резинового карандаша в 1983 году, он использовал компьютер для детального графического изображения каждого кадра движения карандаша.

Померанц изобразил 32 различных сценария движения карандаша. В каждом из них карандаш держится в разных точках или поворачивается под другим углом. «Число 16 создает идеальную иллюзию», - сказал Померанц. (Изображение предоставлено Джеймсом Померанцем)

Его результаты, опубликованные в журнале Perception and Psychophysics, показали, что при моделировании, если карандаш держать рядом с кончиком и так покачивать, графики каждого отдельного кадра соединяются вместе, образуя плавную кривую. Это то, что улавливает ваша зрительная система. Если бы вы были птицей или насекомым, вы бы увидели прямую линию, движущуюся вверх и вниз, потому что эти существа могут обрабатывать больше кадров в секунду, сказал Померанц.

Но это еще не все. Более поздние исследования показали, что теория Померанца является важной частью истории, но не полностью отвечает на вопрос, почему карандаш превращается в резину. Работая вместе, группы ученых из Германии и Огайо предложили участникам двигать глазами определенным образом, уделяя внимание компьютерному моделированию покачивания линий. Идея заключалась в том, что движение глаз изменит «снимки», которые эти люди сделали на своей сетчатке. Если Померанц был полностью прав, можно было бы частично «отменить» движение карандаша, сделав его более прямым, отслеживая его глазами, сказала Лор Талер, психолог из Даремского университета в Англии.

Исследование 2007 г., опубликованное в Журнал видения, обнаружил, что движение глаз действительно делает линию более жесткой; но не в такой степени, как следовало бы, основываясь только на теории Померанца. Еще один эксперимент подтвердил подозрение исследователей, что в этой истории есть нечто большее. Прямоугольник, нарисованный вокруг внешней стороны линии и перемещаемый одновременно вверх и вниз, также изменил воспринимаемую эластичность линии. Коробка обеспечивала контекст, помогая мозгу распознать движение карандаша. Фактически, когда коробку и карандаш помахали вместе, участники увидели прямую линию, движущуюся вверх и вниз.

Вместе теория Померанца и эти результаты предполагают, что дело не только в «снимках», которые делают наши глаза; это также связано с их контекстом и тем, как наш мозг обрабатывает снимки.

Непонятно, почему наш мозг не может обрабатывать прямую линию, движущуюся вверх и вниз, сказал Талер Live Science. Но ученые знают это: человеческий мозг «просто делает все, что в его силах», - сказала она.

Как работает иллюзия резинового карандаша?