Е – вертикально, А – горизонтально, R и D – косо. Если бы наш глаз был так же совершенно устроен, как дорогие стеклянные объективы, – то направление штрихов не отразилось бы на черноте букв. Но глаз наш по различным направлениям имеет не вполне одинаковые радиусы кривизны, а потому не может сразу одинаково отчетливо видеть и вертикальные, и горизонтальные, и косые линии.
Рис. 146. Какая из этих букв чернее остальных?
Редко у кого глаза совершенно свободны от этого недостатка, а у некоторых людей астигматизм достигает такой сильной степени, что серьёзно мешает зрению; таким лицам приходится употреблять специальные очки.
Рис. 147 также пригоден для обнаружения астигматизма: если всматриваться в него, не изменяя положения головы, то не все секторы кажутся одинаково черными; при повороте круга на 90° черные секторы сереют, а прежние серые становятся густо-черными.
Рис. 147. Черные и серые секторы.
У нашего глаза есть и другие органические недостатки, которых оптики умеют избегать при изготовлении приборов. Знаменитый Гельмгольц выразился по поводу этих недостатков так:
«Если бы какой-нибудь оптик вздумал продать мне инструмент, обладающий такими недостатками, я счел бы себя вправе самым резким образом выразиться о небрежности его работы и возвратить ему его прибор с протестом».
Кроме этих иллюзий, которые обусловлены известными недостатками строения, глаз наш подвержен целому ряду других обманов, имеющих иное объяснение.
Живые портреты
Многим, вероятно, случалось замечать, что портреты иногда словно следят за зрителем, поворачивая глаза в ту сторону, куда он переходит. Эта любопытная особенность «живых портретов» кажется загадочной и даже пугает нервных людей. А между тем, это не что иное, как опять-таки иллюзия зрения. Дело объясняется здесь тем, что зрачки таких портретов нарисованы посередине глаз, – то есть в положении, в каком они бывают только у человека, смотрящего прямо на вас. Когда вы отходите в сторону, зрачки, конечно, не меняют своего положения: они остаются в центре глаз; а так как все лицо вы продолжаете видеть в прежнем положении, то вам и кажется, что портрет, следя за вами, повернул голову.
Стрелок, изображенный на рис. 148, целится прямо в вас. Вы можете отходить от него насколько угодно вправо или влево – он повернет револьвер в вашу сторону. Здесь та же иллюзия зрения: откуда бы вы ни смотрели – дуло револьвера закрывает собой его ствол, а это возможно лишь тогда, когда оружие направлено прямо вам в лицо. Оттого-то вам и кажется, что стрелок неизменно держит вас под дулом своего револьвера.
Рис. 148. Куда бы вы ни встали, – стрелок целится прямо в вас.
Загадочный крест
На рис. 149 вы видите налево выпуклый крест, направо – такой же крест, но вдавленный. Теперь переверните книгу «вверх ногами». Происходит метаморфоза: выпуклый крест превращается во вдавленный, и наоборот… Всмотревшись в рисунок, вы увидите, что и выпуклый и вдавленный кресты изображены совершенно одинаково, но один рисунок перевернут по отношению к другому.
Этот курьезный оптический обман объясняется тем, что мы привыкли видеть предметы освещенными сверху. Оба креста мы тоже считаем освещенными сверху, и соответственно этому истолковываем тени. Перевертывая рисунок, мы как бы меняем расположение теней относительно воображаемого источника света, – отсюда и превращение выпуклого креста во вдавленный.
Рис. 149. Выпуклый и вдавленный кресты.
Мы могли бы достичь того же эффекта и не переворачивая рисунка: стоит только, глядя на левый рисунок, вообразить себе источник света внизу, чтобы увидеть не выпуклый, а вдавленный крест. Но сила привычки так велика, что воображение не в состоянии с ним справиться; только постепенно поворачивая рисунок, можно добиться того, чтобы видеть левый крест вдавленным, да и то лишь на короткое время.
Воткнутые прямые и другие обманы зрения
Начерченная на рис. 150 группа прямых линий не представляет на первый взгляд ничего особенного. Но попробуйте, закрыв один глаз, смотреть на эти линии так, чтобы луч зрения скользил вдоль них (для этого надо держать книгу на уровне глаза). Вам покажется, что линии не начерчены на бумаге, а воткнуты в нее стоймя, как булавки на подушке.
Эта иллюзия объясняется законами перспективы: линии начерчены так, как должны были бы проектироваться на бумагу воткнутые иглы, если смотреть на них описанным выше образом.
Если бы глаз наш не был способен поддаваться никаким обманам, – то не существовало бы живописи, и мы лишены были бы всех наслаждений изобразительных искусств. Художники широко пользуются обманами зрения, и, в сущности, всякая картина есть сложный оптический обман.
Рис. 150. Смотрите на этот рисунок так, чтобы взгляд ваш скользил вдоль линий.
Рис. 151. Линии ab и cd параллельны, хотя этому нелегко поверить.
Рис. 152. Нижняя фигура кажется длиннее верхней, а между тем – они равны.
Рис. 153. Тонкая линия кажется изломанной, хотя она совершенно пряма.
Рис. 154. Длина этой фигуры равна её ширине.
Рис. 155. Вышина этой шляпы в точности равна расстоянию между краями её полей.
Рис. 156. Кажется невероятным, чтобы АХ равнялось АY, – а между тем, это так.
Рис. 157. Буквы этой надписи кажутся наклоненными в разные стороны: буква L – откинута налево, буква I – направо и т. д. Между тем, все четыре буквы начерчены строго вертикально.
Рис. 158. На рис. 158 вы видите спиральную линию, не правда ли? Поставьте же острие карандаша на одну из ветвей спирали и ведите им по ней. Вы будете кружиться, не приближаясь и не удаляясь от центра! Перед вами – ряд окружностей.
Рис. 159. На рис. 159 также изображена правильная окружность, хотя глаз и видит здесь нечто совершенно иное.
Глава XIIЗвук
Как разыскивать эхо?
Среди произведений Марка Твена есть уморительный рассказ о злоключениях одного господина, получившего от своего дяди в наследство великолепную коллекцию… чего бы вы думали? Эхо! Чудак систематически скупал те участки земли, где легко воспроизводилось эхо. За звучное, отчетливое эхо, особенно многократное, эксцентричный янки платил сотни и тысячи долларов.
Не станем повторять здесь тех невероятных курьезов, которые даровитый «король смеха» сумел создать на этой почве. Заметим только, что найти «хорошее» эхо не так легко, как кажется.
Мы, русские, в этом отношении можем считать себя в привилегированном положении: у нас много равнин, окруженных лесами, и полян в лесах; стоит громко крикнуть на такой поляне, чтобы от стены́ леса донеслось более или менее отчетливое, далеко слышное эхо.
Но наши зарубежные соседи, живущие большею частью в неровных, горных местностях, не так счастливы в отношении эха. Услышать эхо в горной местности труднее, чем на равнине, окаймленной лесом.
Маленькое отступление в область теории звука пояснит, в чем тут дело. Эхо есть не что иное, как возвращение звуковых волн, отразившихся от какого-либо препятствия; при этом, как и при отражении света, угол падения «звукового луча» (т. е. направления следования звуковых волн) равняется углу его отражения.
Рис. 160. Эхо отсутствует.
Рис. 161. Отчетливое эхо.
Помня это, вообразите, что вы находитесь на пункте А (рис. 160) у подножия горы, а препятствие, долженствующее отразить звук, помещается выше вас, в пункте В. Легко видеть, что звуковые волны, распространяющиеся по линиям Acc', Aa, Ab, – отразившись, не достигнут вашего уха, а рассеются в пространстве по направлению aa', c'c'', bb'. В гораздо более благоприятных условиях вы будете находиться, если поместитесь на уровне препятствия, или даже чуть выше его (рис. 161). Слабая углубленность почвы между обоими пунктами еще более способствует отчетливости эхо. Звук, идущий по направлению Аа или Аb, возвратится к вам по ломаным линиям aa'A или b'b''A, отразившись от почвы один или два раза. Напротив, если почва между пунктами А и B выпукла, эхо будет слабое или даже совсем не достигнет уха наблюдателя.
Словом, разыскивание эхо на неровной местности требует известного искусства, известной сноровки (так что идея Твеновского коллекционера не является вполне сумасбродной). Даже найдя место, благоприятное для эхо, надо еще уметь вызвать последнее. Прежде всего, не следует помещаться чересчур близко к препятствию: необходимо, чтобы звук прошел довольно длинный путь, иначе эхо вернется слишком рано и сольется с самим звуком, – т. е. не будет услышано отдельно. Зная, что звук проходит 160 сажен в секунду, легко понять, что, стоя на расстоянии 40 саженей от препятствия, вы услышите эхо ровно через полсекунды после звука.
Чем резче, отрывистее звук, тем отчетливее эхо. Лучше всего вызывать эхо хлопаньем в ладоши. Звук человеческого голоса для этого менее пригоден, особенно голос мужчин; высокие тоны женских и детских голосов дают более явственное эхо.
Звуковые зеркала
В сущности, стена леса, отразившая эхо, есть не что иное, как звуковое зеркало: она действует на звук совершенно так же, как плоское зеркало – на свет.
Существуют не только плоские звуковые зеркала, но и сферические. Вогнутое звуковое зеркало действует так же, как рефлектор: оно сосредоточивает «звуковые лучи» в своем фокусе.
Две глубокие тарелки дают вам возможность проделать один из любопытнейших акустических опытов. Поставьте одну тарелку на стол, а в некотором расстоянии от её дна держите карманные часы. Другую тарелку держите у головы, на некотором расстоянии от уха, – как изображено на рисунке 162. Если положение часов, уха и тарелок найдено правильно (это удается после ряда проб), – вы услышите тиканье часов, как бы исходящее от той тарелки, которую вы держите в руке. Иллюзия усиливается, если закрыть глаза: тогда по слуху положительно нельзя определить, в какой руке у вас часы – в правой или левой.