海市蜃楼的秘密与你的大脑几乎没有关系

在《头脑之旅》中，PopSci 探索了我们的大脑、感官以及其间发生的奇怪事情之间的关系。

我们都曾在电影和动画片中看到过这种场景。有人在炎热的沙漠中徘徊了好几天，突然，不知从何而来，几百码外出现了一片阴凉、水汪汪的绿洲。他们用尽最后一丝力气，奔向可以缓解口渴的绿洲，但当他们到达想象中的地点时，绿洲却消失了，他们感到非常失望。

海市蜃楼在现实生活中并不那么神奇或生动。相反，它们是视觉错觉，由两种不同的空气密度以不同的方式折射光线而形成，约翰霍普金斯大学的验光师布莱斯圣克莱尔解释道。由于地面和上方大气之间的温差不成比例，你最有可能在炎热的地面上看到海市蜃楼，比如沙漠、高速公路或人行道。（不过，如果气温条件合适，理论上你可以在任何地方看到海市蜃楼。）

“我们来谈谈沙漠中常见的现象。沙子散发出大量热量，因此正上方的空气非常热，因此密度较低，”圣克莱尔说。“随着空气上升，它变冷并改变密度。正是这两种不同密度的空气之间的界面产生了视觉错觉。基本上，光以不同的方式折射。”

海市蜃楼形成于天空中的光线向上弯曲，朝向较冷的空气，看起来像是从地面发出的。我们之所以看到这种虚拟图像，部分原因是光线的折射角和折射率，或者光线穿过不同介质时弯曲的测量值。当光线穿过密度均匀的单一介质（如只有冷空气或只有热空气）时，光线会沿直线传播，但当光线穿过两种不同密度的介质时，其角度会发生变化。发生在冷热空气边界的扭曲形成了我们所看到的水状图像。

想想最常见的海市蜃楼之一——炎热道路上的水坑。当司机从几乎与地平线平行的角度观察这片水坑时，光线会向上弯曲进入他们的眼睛。热空气和冷空气之间的表面就像一面镜子，折射出光线，通常会反射天空，从而产生道路上有水的幻觉。（这种现象也会导致远处真实物体的反射。）

不过，只有当观察者远离冷热空气交界处时，蜃景才会产生效果。继续以公路为例，当驾驶员接近最初感知到的水坑位置时，水坑会消失，并再次出现在数百码之外。“当你离得远时，你与冷热空气边界表面形成的角度非常小，”达特茅斯大学心理与脑科学教授 Peter Tse 说道。当你靠近或爬上山坡时，“你的头部会超出边界。角度太大，无法看到反射。”

虽然我们可能将海市蜃楼视为人类视觉处理的故障，但这种现象被认为是真正的视觉错觉，因为它可以完全用外部世界的变化来解释——在这种情况下，是光的特性。

“当你在云层中看到一张脸时，那是大脑运作方式造成的幻觉，”Tse 说道，“但海市蜃楼不是大脑造成的，而是光的物理现象。”

为了适应这种光学现象，我们需要定期与海市蜃楼互动。例如，当你从窗户向外看时，你可以感知、识别和理解户外和你身后房间的反射是不同的场景。

美国大学教授、 《牛津视觉错觉大全》编辑亚瑟·夏皮罗表示：“我们的大脑之所以能够理解这一点，部分原因是我们与玻璃、与世界互动，而且我们的头部可以左右摆动。我们可以看到不同的物体在不同的平面上移动。”

因此，尽管我们的大脑不会创造我们看到的每一个幻象，但如果有机会经常与幻象互动，我们的视觉处理系统就可以发展出适应我们所感知到的怪异现象的能力。鉴于我们遇到海市蜃楼的次数并不像遇到玻璃窗那么频繁，我们的大脑在处理这种图像时纠正这种图像的可能性很低，尤其是考虑到我们所感知到的水景与我们在路上有水坑时所看到的景象非常相似。

不过，如果你花足够的时间在沙滩上烤东西，你的大脑也许能找到办法克服这种错觉。它就是这么强大。

更正（2023 年 2 月 16 日）： Peter Tse 是达特茅斯学院的教授，而不是达特茅斯大学的教授。

阅读更多 PopSci+ 故事。