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飞行中的科学 建构一张世界图像
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事实上,大脑中有不同的模式负责分辨形状、锐度、阴影和物体其他方面的视觉特征。大脑根据这些天然数据处理器输送的信息,描绘出外部世界的主观图像。我们必须要认识到的是,我们看到的一切都是大脑加工后的产物,并非主观事实。这也是为什么人会有幻觉。当你产生幻视时,大脑的成像机能被蒙蔽。照相机中传感器捕捉到的任何图像都会被真实地记录下来,而大脑和相机不同,在必要时,它会编造出那些不存在的东西。
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如果大脑不这么做,我们就会碰上些麻烦了。由于视神经起始于视网膜后部,这导致人眼产生了一个盲点,物体的影像落在这个地方也不能引起视觉。而大脑训练有素的联想能力则填补了盲点的空白。同样,当眼球开始短暂快速地运动,对物体进行扫视时,你看到的却是稳定连续的图像,这也是种幻象,因为大脑已经对图像进行了编辑。(部分原因是大脑在试图填补眼睛的盲点。)
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你之所以能通过飞机椅背上的屏幕观看电影,这和大脑对图像的编辑密不可分。电视和电影的工作原理是向屏幕上投射一幅幅静止的画面。在很长一段时间内,人们用“视觉暂留”(persistence of vision)来解释为什么人眼能将静止的画面转化为连续的视像(现在,你仍然能在许多书本和网站上看到这个说法)。但是,这是无稽之谈。眼睛的运行速度还不够快,不足以通过这种方式来获得图像,即便视像能在视网膜上做短暂停留,你看到的将会是一团乱糟糟的画面,而不是连续的运动。真实的原因是,我们被眼睛蒙蔽了,它们通过一系列模式制造出假象,让你认为这些静止的画面是在做连续运动。
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飞行中的科学 视幅
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当机舱中的灯光暗下来时,眼睛将会做出调整,以适应低光环境。在眼睛的虹膜中(就是那些有颜色的部分)有两种肌肉。一种叫括约肌,其负责瞳孔的缩小,另一种叫开大肌,其负责瞳孔的扩大。两者一张一缩使瞳孔的口径缩小或放大,以控制进入瞳孔的光量。需要1~2秒钟,瞳孔口径才会放到最大。
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与此同时,大脑中的处理层会做出调整,以适应变弱的光线。中和不同强度的光线是大脑欺骗我们的伎俩之一。如果你在黎明或黄昏时分来到户外,大脑中负责安全光线的传感器就启动了,哪怕当时的光线并没有那么暗——这是因为大脑和眼睛的共同作用进行补光,让你无法意识到现实中的光线原来那么暗。
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同样,如果你从一个点着电灯的房间里走到明媚的阳光下,你并不会觉得外面有多么亮,也许只比房间里亮2~3倍而已。事实上,阳光的强度能比普通灯光强上100倍。这就是为什么当你手持摄像机从屋内到屋外时,在机器还没来得及调节好光线之前,你所看到的画面通常将会是白花花的一片曝光过度。在调节光线的能力上,照相机和摄影机远远比不上大脑和眼睛的组合。
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别忘了,满月时月光的强度比日光要弱300000倍。如果周围很黑,眼睛需要花上好一番工夫才能适应外面黑漆漆的环境,因此,将机舱内的灯光调暗,为的是在必要时尽快地帮助你完成适应。
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飞行中的科学 与跑道的第一次接触
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飞机触地时,摩擦力使轮胎表面剥落,扬起一缕缕烟尘。
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在物理运动中,摩擦力往往被我们忽略不计。不过在现实中,如果忽略摩擦力,你将承担一定的风险。设想一下如果没有摩擦力,你将无法拿住任何东西,因为它们都会从你手中滑走。想想那些最滑溜的肥皂吧,比起抓住这些肥皂来说,无摩擦力情况下抓东西还要难上好多倍。虽然从理论上来说,无摩擦力情况下在地面上推桌子会更容易些,但是你的脚却没法固定在地面上。牛顿的第三个定律提到了作用力和反作用力,当你试图将物体向前推时,你也会受到物体向后的反作用力。
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当然,现实中不可能没有摩擦力。部分摩擦力是由于物理原因产生的。当某些表面不规则区域与另一些表面的隆起或凹槽接触时,摩擦就产生了,就像齿轮一样互相磨合。但是大部分摩擦力都是电磁相互作用引起的。我们知道,物体由原子组成,而原子又是由带正电的原子核和带负电的电子组成,电子在核外空间内做高速运动,在原子核外围形成了一个电荷层。一旦两个物体发生接触,这些电荷就开始相互作用。你之所以能在飞机的座位上坐下来,靠的就是这种作用。
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设想一下,想象“固体”物体的内部几乎是空心的。它们是由间隔很大的原子组成的,而原子自身也几乎是空心的。和整个原子比起来,位于原子中心的原子核只是微乎其微的一丁点儿。原子核与原子比起来就好似阿尔伯特音乐厅里的一只苍蝇。原子的外层有一些电子,但是它们更小并且围绕着原子核不停地运动,我们可以把电子想象成是包裹在原子核外的云状物体。如果不是原子中那些电荷在起作用的话,你坐下去的时候椅子就不会把你托住。
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当你坐下去时,椅子上方带负电的电子与你身体表层的电子之间相互排斥。事实上,你的身体没有和椅子发生接触,你漂浮在那一层电荷斥力互相作用的云状物上。
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如果仅仅是这样,那你所受的摩擦力就为零了。事实上,某些原子外层的“电子云”更厚,威力更大,它会把对方原子周围的电子挤开,从而吸引更多正电荷。大多数摩擦力都是由于这样的电磁吸引产生的,就像在静电实验中我们看到的那样,铅笔或梳子将小纸片吸起。
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为了克服摩擦力的“黏性”,我们得花力气才能移动那些我们想要移动的东西,而多数的“力气”都转化成了热量。当你使劲地搓手时,手掌就会发热。当飞机的轮子击打在跑道上时,轮子通过与地面的撞击和摩擦获得一定的能量。大部分能量最终转化成热能,使轮胎外层汽化,扬起一小股烟尘。
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飞行中的科学 结束语
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我们的航程至此告一段落。希望这本书能帮你打发飞机上的时光,为你的旅程增添一些趣味。人们很容易将科学想象成“书呆子才会关心的东西”,但科学本该是妙趣横生的。它帮助我们认识宇宙,大到星座和星系,小到日常生活中的种种。
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