مفاهیم کلیدی: خطای دید، چشم، اثر استروبوسکوپیک، سرعت چرخشی
مشاهده علمی ۱۹۵
مقدمه:
امروزه دانشمندان می‌دانند که آنچه انسان می‌بیند می‌تواند بسیار متفاوت از چیزی باشد که در واقع وجود دارد. مغز انسان در تعامل با دنیای اطراف خود بسیار هوشمندانه عمل می‌کند اما ممکن است در مواردی فریب بخورد! فعالیت زیر را انجام دهید تا با این مسئله بیشتر آشنا شوید.
پیش‌زمینه:
ما با چشمان و مغز خود می‌بینیم. چشمان ما نور ورودی را دریافت می‌کنند. پالس‌های الکتریکی اطلاعات را به مغز منتقل می کنند و این اطلاعات توسط مغز پردازش و به تصویر تبدیل می‌شوند. ناحیه‌ی موجود در پشت چشم ما شبکیه نام دارد. شبکیه مجهز به دو نوع سلول حساس به نور است: سلول‌های مخروطی و سلول‌های میله‌ای. این سلولها سیگنال‌های الکتریکی را به مغز ارسال می‌کنند. سلول‌های مخروطی به رنگ حساس هستند و برای جزییات مناسبند؛ این سلولها به نور روشن نیاز دارند. سلول‌های میله‌ای به حرکت، شکل و تغییر شدت و در واقع به نور حساس هستند.
سلول‌های مغزی که در پردازش اطلاعات بصری نقش دارند نیز هر کدام وظیفه‌ی خاصی بر عهده دارند. برخی از آنها مسئول تشخیص حرکت، موقعیت و همچنین ایجاد طرحی کلی از آنچه می‌بینیم هستند. این سلولها به قیمت از دست دادن جزییات بسیار سریع کار می‌کنند. سلول‌های دیگر مسئول تشخیص جزییات چیزی که می‌بینیم هستند.
سیستم بینایی ما طوری تکامل یافته است که به بهترین شکل به ما کمک کند. این سیستم به ویژه در تشخیص الگوها حتی زمانی که اطلاعات ناقص است توانایی دارد. اما همین باعث می‌شود مغز در معرض فریب خوردن باشد. برداشت بصری ما می‌تواند بسیار متفاوت از آن چیزی باشد که واقعاً وجود دارد؛ ما به این موارد خطای دید می‌گوییم. در این فعالیت علمی شما نمونه‌ای از این خطاهای دید را به صورت عملی تجربه خواهید کرد.
مواد و وسایل مورد نیاز:
همزن (همزن چرخان دستی ترجیح داده می‌شود اما استفاده از همزن برقی نیز مناسب است. همزن چهار تیغه‌ای برای این فعالیت علمی مناسب‌تر است. هنگام استفاده از هر وسیله‌ی برقی حتماً از بزرگتر خود کمک بگیرید.)
منبع نور ناپیوسته با سرعت بالا (بسیاری از صفحات نمایش کامپیوترها این امکان را دارند.) می‌توانید از لامپ‌های فلورسنت، CFL (لامپ کم مصرف) یا لامپ‌های LED استفاده کنید.
محلی برای قرار دادن منبع نور ناپیوسته
صندلی برای نشستن در حالتی که چشم شما در خط دید مستقیم منبع نور ناپیوسته قرار بگیرد. (اختیاری)
آماده‌سازی:
چنانچه از لامپ کم مصرف یا LED استفاده می‌کنید، دقت داشته باشید که باید در جایی باشید که تنها منبع نور این لامپ‌ها باشند (مثلاً داخل کمد یا یک اتاق در شب). برای تعویض لامپ‌ها یا هر گونه تغییر دیگر حتماً از یک بزرگتر کمک بگیرید.
اگر از کامپیوتر به عنوان منبع نور استفاده می‌کنید، آن را روی میزی محکم قرار دهید. یک صندلی مقابل کامپیوتر بگذارید و موقعیت و ارتفاع آن را طوری تنظیم کنید که در حالت نشسته چشم شما مقابل صفحه نمایش کامپیوتر قرار بگیرد. زمینه‌ی صفحهی نمایش را رنگی روشن مانند سفید قرار دهید.
اگر از همزن برقی استفاده می‌کنید دقت داشته باشید که باید در نزدیکی شما یک پریز برق باشد.
روش کار:
کار را در محلی با منبع نور پیوسته (مانند نور طبیعی روز از پنجره یا یک چراغ معمولی) شروع کنید. همزن را مقابل چشمان خود بگیرید. در حالتی که تیغه‌ها نمی‌چرخند از میان آنها به یک دیوار یا بیرون از پنجره نگاه کنید. آیا می‌توانید تعداد تیغه‌های همزن را تشخیص دهید؟
همزن را به چرخش دربیاورید. (در صورت برقی بودن همزن حتماً از یک بزرگتر کمک بگیرید.) با کمترین سرعت چرخش شروع کنید. از میان تیغه‌ها به یک دیوار یا بیرون از پنجره نگاه کنید. آیا همچنان می‌توانید تیغه‌ها را از هم تشخیص بدهید یا شکلی تار از همه‌ی آنها می‌بینید؟ به نظرتان دلیل این اتفاقات چیست؟
سرعت چرخش را رفته رفته بیشتر کنید. آیا تفاوتی مشاهده می‌کنید؟ آیا می‌توانید تفاوت سرعت چرخش تیغه‌ها را با چشم تشخیص دهید؟ آیا جهت چرخش تیغه‌ها قابل تشخیص است؟
چرخش همزن را قطع کنید و سراغ منبع نور ناپیوسته بروید (مانند صفحهی کامپیوتر، لامپ کم مصرف یا LED). اگر از صفحهی کامپیوتر به عنوان منبع نور استفاده می‌کنید، طوری مقابل آن بنشینید که چشمانتان هم سطح با صفحه نمایش باشد. همزن را مقابل صفحه نمایش و به سمت آن نگه دارید.
اگر از لامپ کم مصرف یا LED استفاده می‌کنید، همزن را پایین منبع نور و در مقابل زمینه‌ای با رنگ ثابت مانند دیوار نگه دارید. همزن را با سرعت کم بچرخانید. از درون تیغه‌ها به صفحهی نمایش کامپیوتر یا دیوار نگاه کنید، چه می‌بینید؟ آیا مشاهدات شما با قبل تفاوت دارد؟ چند تیغه‌ی جدا از هم می‌بینید؟ آیا می‌توانید جهت چرخش تیغه‌ها را تشخیص دهید یا تیغه‌ها بدون حرکت به نظر می‌رسند؟ (کم کردن شدت نور می‌تواند نتیجه‌ی بهتری را حاصل کند.)
سرعت چرخش همزن را افزایش دهید. با تغییر سرعت همزن چه تفاوتی در مشاهدات شما رخ می‌دهد؟
سرعت چرخش همزن را تا بیشترین حالت ممکن بالا ببرید. آیا ظاهر تیغه‌ها افزایش سرعت را نشان می‌دهد؟ آیا تیغه‌ها ظاهراً در یک جهت می‌چرخند؟ دلیل مشاهدات شما چیست؟
آزمایش‌های تکمیلی:
- شما در این فعالیت دو منبع نور پیوسته و ناپیوسته را بررسی کردید. چه منابع نور دیگری وجود دارند؟ اگر این آزمایش را با صفحهی تلویزیون یا آسمان انجام دهید چه اتفاقی می‌افتد؟ می‌توانید این حالت‌ها را امتحان کنید و نتایج را بررسی کنید. (توجه کنید که به هیچ وجه نباید به طور مستقیم به یک منبع نور شدید مانند لیزر یا خورشید نگاه کنید، زیرا به چشمان شما آسیب وارد می‌شود.)
مشاهده و نتیجه‌گیری:
در حالتی که همزن نمی‌چرخد شمارش تیغه‌ها آسان است، اما با شروع چرخش شرایط متفاوت می‌شود. انسان جزییات را در حالتی می‌بیند که شرایط مناسب باشد و با افزایش سرعت جزییات کمتر مورد توجه قرار می‌گیرند.
با استفاده از منبع نور پیوسته، احتمالاً تیغه‌های در حال چرخش با سرعت بالا را به صورت شکلی تار مانند یک جسم بی حرکت شفاف مشاهده می‌کنید. با تغییر منبع نور به صفحهی کامپیوتر یا هر منبع ناپیوسته‌ی دیگر، حتی در حالت چرخش سریع نیز تیغه‌ها قابل تشخیص هستند.
با استفاده از منبع نور پیوسته در لحظات مختلف تصویر به طور چشمگیری تغییر نمی‌کند؛ مغز تغییرات عمده‌ای را تشخیص نمی‌دهد و به همین دلیل همزن در حال چرخش را تقریباً به صورت یک جسم بی حرکت می‌بینید. با این وجود هنگام کار با منبع نور ناپیوسته، چشم تنها زمانی اطلاعات را دریافت می‌کند که نور تابیده می‌شود.
اطلاعات رسیده به مغز در لحظات مختلف بسیار متفاوت است. در این شرایط مغز ظاهر همزن را به عنوان سوژه‌ی مهم‌تر مد نظر قرار می‌دهد و می‌توانید تیغه‌ها را به طور جداگانه ببینید. هنگامی که مغز تصویر همزن را در موقعیت‌های متفاوت بازسازی می‌کند، این نتیجه حاصل می‌شود که جسم در حال حرکت است.
نکته این جاست که حرکتی که مغز شما می‌بیند حرکت واقعی تیغه‌های همزن نیست. بسته به سرعت تناوب منبع نور و همچنین سرعت چرخش تیغه‌های همزن، ممکن است تیغه‌ها را در حال چرخش به جلو یا عقب و یا حتی بدون چرخش ببینید. در طول انجام آزمایش می‌دانستید که سرعت چرخش تیغه‌ها بیشتر می‌شود و جهت آن نیز تغییر نمی‌کند، اما آنچه که با چشم می‌دیدید متفاوت بود.
مغز شما در این شرایط فریب می‌خورد؛ چیزی که می‌بینید خطای دید است. به این خطای دید اثر استروبوسکوپیک گفته می‌شود. هر منبع نور ناپیوسته (برخی منابع ناپیوسته تا ۱۵ مرتبه در ثانیه چشمک می‌زنند) می‌تواند اثر استروبوسکوپیک را ایجاد کند اما منبع نور پیوسته باعث ایجاد این خطای دید نمی‌شود.
منبع:
منابع مفید:
چشم
حقه های ذهنی
مغز اندیشه و روان
حل معمای کوچک شدن ماه
مغز انسان
خطای دید - ویکی پدیا
اثر استروپ - ویکی پدیا
Set-in Motion Science (SA)