草色遙看近卻無，是眼睛的魔術(shù)？

■文/許秀華

早春呈水部張十八員外·其一

〔唐〕韓愈

天街小雨潤如酥，草色遙看近卻無。

最是一年春好處，絕勝煙柳滿皇都。

古詩里的景致往往需要身臨其境，才能品味出詩人描述的奇妙之處。

有一年早春，我去北京航空航天博物館。遠(yuǎn)處裸露的黃土地上，仿佛覆蓋著一層薄薄的綠色絨氈，就像嬰兒皮膚上細(xì)軟的汗毛。當(dāng)時“草色遙看近卻無”這句詩一下子就涌上了我的心頭。當(dāng)我走到近處，嬰兒般的親切、柔和卻逐步消失，美到極致的遠(yuǎn)景逐漸還原貌似疤痕一樣斑駁裸露的黃土地。

春天里，同樣在心中吹皺一池春水的是早春的楊柳。遠(yuǎn)遠(yuǎn)地，楊柳的樹干頂上升起了一團(tuán)團(tuán)嫩綠的云霧，隨著溫暖的氣流，輕輕地在空中時而左，時而右，仿佛一組組綠色的團(tuán)扇舞。然而，當(dāng)你逐步走到樹下，只能勉強(qiáng)地在淺褐色的枝條上找出低調(diào)得近乎隱身的葉芽。

為什么會這樣？先看右面這兩張圖。上圖是1963年遇刺身亡的美國總統(tǒng)肯尼迪，下圖是用很多張上圖的縮小版拼成的。而從遠(yuǎn)處看，我們的眼睛只看到大的頭像，完全分辨不出里面的若干張小頭像。

似乎我們的眼睛在欺騙我們，其實(shí)這不僅和眼睛的結(jié)構(gòu)有關(guān)，還和視力的進(jìn)化適應(yīng)有關(guān)。

不完美的“凸透鏡”

人眼就是一個凸透鏡，但不是一個完美而單純的凸透鏡。當(dāng)物體與一個完美凸透鏡的距離超過凸透鏡焦距的2倍時，那來自遠(yuǎn)方的物體表面的光線經(jīng)折射后，會匯聚在凸透鏡的焦點(diǎn)上，形成倒立、縮小的實(shí)像。這正是在人的眼睛上發(fā)生的事情。外部物體投過來的光線經(jīng)晶狀體折射后，聚焦在視網(wǎng)膜上。可見，人眼這個凸透鏡的焦距是極小的，外部的物體基本都能滿足物距大于2倍凸透鏡焦距，成倒立、縮小的實(shí)像的要求。

同學(xué)們想一想，為什么必須在視網(wǎng)膜上成倒立、縮小的實(shí)像呢？因?yàn)槿绻麑?shí)像大于或等于原物體，我們的視網(wǎng)膜得長多么大，這需要多么大的一張臉才能放得下！而為了巨大的臉和眼睛，我們又需要多么大的軀干和四肢來支撐！

外部的物體不管多大，都要在視網(wǎng)膜上形成一個小小的倒立實(shí)像后，被編碼成電信號，經(jīng)視神經(jīng)傳遞到大腦的視覺中樞，被大腦感知，如此才形成視覺。在同樣的距離上，大的物體在視網(wǎng)膜上形成大的實(shí)像，小的物體形成小的實(shí)像，因?yàn)榇笪矬w相對的兩個邊緣（上下或左右）之間與眼睛的夾角大，小物體的邊緣之間與眼睛的夾角小。同樣大小的物體，當(dāng)物體距離較遠(yuǎn)時，物體邊緣與眼睛的夾角小，在視網(wǎng)膜上形成的實(shí)像??；當(dāng)物體距離較近時，物體邊緣與眼睛的夾角大，在視網(wǎng)膜上形成的實(shí)像大。

不同大小的實(shí)像，占用的視覺細(xì)胞數(shù)量不同，所包含的像素也不同。大家愛用手機(jī)隨手拍，卻未必能說清楚什么是像素。簡單地說，像素就是一個畫面里所包含的視覺元素的總數(shù)。像素高的圖片，細(xì)節(jié)清晰；像素低的圖片，細(xì)節(jié)模糊。這就是會出現(xiàn)“草色遙看近卻無”的原因。遠(yuǎn)看，初春巨大的草地在視網(wǎng)膜上組成一個實(shí)像；近看，草地的某一個局部在視網(wǎng)膜上組成一個實(shí)像。假設(shè)兩個實(shí)像一樣大，遠(yuǎn)看時，綠色的萌芽和周圍的黃土可能共同占用一個視覺細(xì)胞。由于我們的眼睛對綠色更敏感，視覺細(xì)胞可能會在編碼電信號時，被編碼為綠色，這樣大腦就接受為綠色。而近看時，綠色的萌芽和周圍的黃土可能會分開占用不同的視覺細(xì)胞，不同的視覺細(xì)胞為萌芽和黃土編碼不同的電信號，于是我們的眼睛就看到了裸露的黃土，上面鑲嵌著綠色的萌芽。同理，也可以解釋上面的肯尼迪照片。在遠(yuǎn)視和近看時，成像所占用的視覺細(xì)胞以及編碼電信號可能會有區(qū)別。

復(fù)雜的視覺系統(tǒng)

而實(shí)際上，人眼的視覺遠(yuǎn)比凸透鏡復(fù)雜。比如，在做證券交易的人群中流行雙屏幕電腦，一個人要面對兩個電腦屏幕，處理兩個電腦屏幕上出現(xiàn)的信息?；蛘咴诟鞣N用途的監(jiān)控室里，一個人要同時面對9塊甚至更多的顯示屏。毫無疑問，一個人能同時看兩個甚至更多屏幕。然而，這個人具有同時分析出各個屏幕上信息的能力嗎？

人眼有中心視力和周邊視力。人類眼球的后部內(nèi)側(cè)有一個很小的凹陷，富含葉黃素，比周圍的視網(wǎng)膜顏色深一些，叫作黃斑。黃斑中央的凹陷稱為中央凹，這里分布的主要是視錐細(xì)胞，是視網(wǎng)膜上唯一能夠保證100% 清晰成像，即視力最敏銳的部位。這一部分構(gòu)成我們的中心視力，我們大腦的注意力在哪里，就會用中心視力去掃描、跟隨、凝視哪里，即不僅“看”，還能“看見”，繼而形成分析、理解和記憶。

而視網(wǎng)膜的其他部分主要是視桿細(xì)胞，構(gòu)成我們的周邊視力，可以用于“看”。但因注意力不在那里，大腦未必去分析、解讀，即未必能“看見”。所以，我們的眼睛并不是像照相機(jī)、攝像機(jī)那樣機(jī)械地記錄信息，而是對信息有取舍、有加工，取舍、加工的目的是去粗存精，加快大腦分析外部視覺信息的速度，快速形成視覺意識，從而讓身體做出相應(yīng)的反應(yīng)，趨利避害。

在視神經(jīng)穿越視網(wǎng)膜的地方，還存在一塊盲點(diǎn)。這樣，人眼的初始視野其實(shí)是兩塊畫面被挖去了兩個洞洞的重疊圓形畫面，這顯然和真實(shí)的世界是不同的。這個初始視覺信息要經(jīng)過大腦的剪裁加工，才能如實(shí)地反映真實(shí)的世界圖景。大腦對初始視覺信息的剪裁加工能力，來自我們在過去的視覺經(jīng)歷中逐步形成的智能算法。目前，還沒有任何一種人工智能的圖像處理技術(shù)可以與這種算法相媲美。

人眼和現(xiàn)在的手機(jī)哪個像素大、分辨率高？人眼的分辨率應(yīng)該在700萬像素左右，手機(jī)顯然在這些硬件指標(biāo)上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人眼。然而，人以及很多動物大腦中視覺中樞的圖像處理能力，卻遠(yuǎn)超過手機(jī)。我們可以很詩意地感受到“草色遙看近卻無”，在手機(jī)中卻是一張拍模糊的差圖。

你能認(rèn)出這是哪里嗎？

為什么毛巾越用越薄卻越來越硬？

這種現(xiàn)象是由多種因素造成的。有些自來水中可溶性鈣鎂化合物含量較高，水中的鈣、鎂離子可以與肥皂中的脂肪酸鈉相互作用，形成不溶于水的鈣、鎂脂肪酸鹽附著在毛巾上，導(dǎo)致毛巾變得越來越硬。

此外，自然風(fēng)干的晾曬方式也會對毛巾的硬度產(chǎn)生影響。微觀上，棉毛巾由棉單纖維組成。由于水的表面張力，纖維之間存在毛細(xì)作用。因此，在晾曬過程中，纖維間的距離會隨著水分的降低變小，但仍會有約8%的水以結(jié)合水的形式留在毛巾上，這樣形成的棉單纖維交聯(lián)結(jié)構(gòu)讓毛巾的硬度發(fā)生改變。

要想讓變硬的毛巾恢復(fù)柔軟和蓬松，通過加熱，除去毛巾中的結(jié)合水即可。

泡茶時，茶葉為什么是立起來的？

茶葉的原料是茶樹新生的嫩葉，由葉柄和葉片兩部分構(gòu)成，其背面通常密生茸毛。嫩葉被采摘之后，經(jīng)過炒青、揉捻、干燥等步驟制成干茶。

盡管干茶的密度與外形、老嫩等因素有關(guān)，但在一般情況下，其密度與水的密度相近。因此，一些茶葉會先漂浮在水中，隨著不斷吸水而漸漸下沉，最后優(yōu)雅地躺在杯底。

那為什么懸浮的茶葉會呈現(xiàn)“豎立”的狀態(tài)呢？一方面是因?yàn)槿~柄的密度通常比葉片的密度大；另一方面則是葉片背面密生的茸毛在搗亂：水中的氣泡會吸附在茸毛上，導(dǎo)致葉片除了受到水的浮力之外，還有氣泡提供的豎直向上的作用力。同時，密布的茸毛還會降低葉片的吸水速率。因此，在泡茶時，茶葉通常會以葉片在上、葉柄在下的姿態(tài)立在水中。

我有一個問題……

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