核心概念
影像
虛像
透射
反射
光學錯覺
引言
你是否曾想過為什麼鏡子能讓房間感覺比實際更大？鏡子非常常見，以至於我們很少思考它們實際上有多麼有趣。它們以某種方式將我們所處的三維世界複製出來，如此完美，以至於我們下意識地被愚弄，認為在鏡子表面之外存在另一個三維空間。當然，我們知道這只是一個錯覺。但是，我們的大腦是如何被反射所欺騙的呢？一個簡單的蠟燭活動將演示我們的大腦被愚弄的一些方式。
背景
可見物體通常分為兩類：發光物體（例如你的電腦顯示器），它們自身發光；以及被照亮的物體（例如你的鍵盤），它們反射來自其他光源的光。你的眼睛透過探測發射或反射的光來看到物體，並且在大多數情況下，光必須沿直線傳播才能到達你的眼睛。換句話說，通常你需要在你自己和你想要觀看的任何物體之間有無障礙的視線。
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鏡子和其他高反射表面是這條規則的一個常見例外。大多數鏡子是透過在透明玻璃片後面分層反射金屬背襯製成的。由於背襯具有很高的反射性，因此它提供了“影像”（可見物體的明顯複製品）。這種影像可能具有欺騙性，因為其明顯位置與建立該影像的物體的實際物理位置不符。考慮一下你在鏡子中看到的椅子的影像，與如果你有直接視線看到房間裡的真實椅子。
所謂的平面鏡更令人費解，因為它們建立的影像被稱為虛像。當物體發射或反射的光線似乎在鏡子後面的某個地方會聚時，就會建立這些影像。並且一些表面可以充當鏡子，而無需特殊的反射銀背襯。聽起來令人困惑？別擔心——我們將看到所有這些概念付諸實踐。在這個活動中，我們將使用透明表面來了解它是如何透射和反射光的。這將使我們能夠透過與虛像出現的表面後面的真實可見空間互動來了解光。
材料
• 兩支茶蠟
• 火柴或打火機，用於點燃蠟燭——以及成人協助或監督
• CD 盒，帶有一個光滑的透明表面
• 深色表面（你可以透過將黑色 T 恤平鋪在桌子上建立一個）
• 成對的相同家用物品（回形針等）（可選）
準備
• 找到一個可以透過關燈變暗的房間。
• 在燈還亮著的情況下，準備好你的深色表面。
• 如果 CD 盒有專輯封面，請將其移除，以便鉸鏈前蓋現在是一個透明面板。
• 點燃蠟燭和使用點燃的蠟燭時要小心（並尋求成人協助/監督）。
步驟
• 在燈還亮著的情況下，在你的深色表面上工作，將 CD 盒底部邊緣站立起來。將 CD 盒以 90 度角開啟。
• 拿起一支未點燃的茶蠟，將其放在 CD 盒透明面板靠近你的一側。確保你能看到它的反射。反射影像看起來出現在空間中的哪個位置？你認為這是為什麼？
• 拿起另一支未點燃的茶蠟，將其放在透明面板的另一側。調整第二支蠟燭的位置，使其與第一支茶蠟的反射影像處於相同的明顯位置。
• 在觀察第二支茶蠟時，移動你的頭部，透過 CD 盒觀察。你能看到第一支茶蠟的反射嗎？反射是否會不出現在第二支茶蠟的實際位置上？
• 現在，從上方觀察 CD 盒和茶蠟的朝向。注意兩支茶蠟的位置。它們的相對於 CD 盒透明面板的位置有什麼特別之處？
• 稍微推動第一支茶蠟遠離 CD 盒。反射會發生什麼變化？
• 推動第二支茶蠟以匹配第一支茶蠟反射影像的明顯位置。
• 關掉燈，點燃位於透明面板靠近你一側的茶蠟。觀察反射影像。你看到了什麼？
• 附加：如果你想將其變成給另一個觀察者的精彩錯覺，請再次執行此操作，只需確保他們事先沒有看到你是如何設定它的！你的觀察者應該從帶有已點燃蠟燭的透明面板一側觀察錯覺。用你的手觸控面板另一側未點燃蠟燭的燭芯。你的觀察者可能會驚訝你沒有燙傷自己！
• 附加：在不直接觀察反射的情況下，嘗試用家用物品（如回形針）在 CD 盒兩側製作一個立體透視模型，使反射完美匹配。如果你在沒有點燃蠟燭的情況下製作它，可能會更容易。提示：茶蠟演示了兩個物體需要離鏡子多遠才能匹配彼此的反射。
觀察和結果
當你點燃其中一支茶蠟並從第一側透過 CD 盒觀察時，你的眼睛同時檢測到來自未點燃蠟燭的直接光線和已點燃蠟燭火焰發射的反射光。這種反射光創造了一個火焰的虛像，它看起來出現在透明面板後面。我們將虛像解釋為出現在建立它們的反射表面之後，因為我們的大腦自然地將來自可見物體的光線解釋為沿直線傳播到我們的眼睛。來自已點燃蠟燭的光線被“鏡子”反射，但我們大腦的傾向是“展開”那束光，將已點燃蠟燭的虛像放置在透明塑膠後面（並且顯然正好在我們未點燃蠟燭的實際位置之上）。來自已點燃蠟燭的光線實際上並沒有從透明塑膠後面傳播到你的眼睛（因為我們知道光線僅來自塑膠前側的蠟燭）——但看起來確實如此！
這種重疊可以歸因於光的稱為疊加的特性，這意味著可見光可以同時表示多個光源的組合。來自未點燃蠟燭的光線和來自已點燃蠟燭的反射光線彼此疊加。在其中一個光源比另一個光源強得多的情況下，只有較強的光源清晰可見。這有助於解釋為什麼在黑暗中看起來很亮的東西（如星星）在陽光照射下看起來不那麼亮或不可見。
每個表面都表現出一些透射和一些反射。對於像玻璃這樣非常透明的物質，只有大約 5% 的光線照射到它時會被反射。其餘 95% 被透射——它直接穿過。當你在黑暗的房間裡點燃其中一支茶蠟時，它的一些光線會透過 CD 盒透射，而一些光線會被反射。即使盒子只能反射大約 5% 的火焰光，但反射光也足以產生兩個火焰而不是一個火焰和一個未點燃的燭芯的錯覺。
這種相同的虛擬影像操作技術已經在舞臺上使用了幾十年，作為一種稱為佩珀爾幻象的技術。這就是迪士尼樂園如何創造幽靈公館的食屍鬼的方式。它非常引人注目，以至於自 19 世紀中期引入以來，這種錯覺的設定幾乎沒有改變！
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此活動由 Education.com合作推出