鏡中的臉不是「幻覚」！虚像背後隱藏的光學物理

我是科學訓練師桑子研。每天都在做實驗。

從鏡子或透鏡裡看到的「虛像」。

那究竟只是幻覺嗎？還是大腦搞錯了呢？其實，這個很多人都容易誤解的現象，如果想用科學的方式精確地說明，意外地是一個相當有深度、也很有意思的主題。

「虛像」這個詞，容易讓人掉進陷阱

以前在解釋虛像的時候，我自己有時也會說成「看到了其實不存在的東西」或「只是自己以為如此」。不過後來總覺得，這樣的說法好像有點不太對。到底要怎麼說，才能讓人真正理解呢？我為此苦惱了好一陣子。查了一下コトバンク對「虛像」的解釋，裡面是這樣寫的。

一般來說，我們之所以能看見物體，是因為從物體發出的光線進入眼睛，在視網膜上形成物體的影像。然而，即使實際上並不存在物體，只要進入眼睛的光線狀態與物體存在時相同，我們仍然會看見那個並不存在的物體。但如果把這種現象理解成幻覺或錯覺，就不正確了。因為從原理上來說，我們沒有辦法區分「從真實物體發出的光線」和「形成虛像的光線」。日常生活中，我們從鏡子裡看到自己的臉，或從後視鏡看到後方行駛中的汽車，都是虛像的例子。　　［三宅和夫］ コトバンク

這段解釋最重要的核心，就是「虛像不是錯覺」這一句話。

如果使用「自己以為」或「錯覺」這類詞語，很容易讓人誤以為是大腦擅自創造出了一個幻象。但實際上，進入眼睛的光本身是真實存在的。只不過，在「看起來像是從哪裡來的」這一點上，它和實際物體的位置產生了偏差而已。

說到底，「看見東西」這件事，就是根據視網膜接收到的光來進行判斷（光轉換成電訊號，傳送到大腦，再由大腦形成影像）。這和看到的是實像還是虛像，其實沒有關係。數位相機也是一樣。所以這並不是什麼「自己以為」的結果。

這裡其實就是最有趣的地方。人的眼睛和數位相機，在「接收光線並把它轉換成影像的光感測器」這一點上，運作原理非常相似。就像相機的感光元件不會因為「自己以為」而拍出照片一樣，我們的眼睛也只是老老實實地處理進入眼睛的光線而已。

換句話說，我們之所以能看到虛像，並不是因為大腦搞錯了，而是因為眼睛這個精密的光學裝置，把「接收到的資訊」按照光學規則正確處理後所產生的結果。

實像和虛像，決定性的差別到底在哪裡？

如果要談實像和虛像的差別，實像的情況是光線真的會在某個位置聚集。只要在那個位置放上一個螢幕，光線就會在螢幕上發生漫反射。因此，不管從哪個方向觀看，都會覺得那裡真的有一個物體存在。

電影院裡投影在螢幕上的影像，就是實像最典型的例子。經過透鏡的光線確實會在那個位置聚集，所以只要放上一個像螢幕這樣的「接收面」，大家都能看到同一個影像，而且即使改變觀看角度，影像依然會留在那個位置。

另一方面，虛像的情況則不同。光線並沒有真的聚集在那個位置。鏡子的後方，或是透鏡的另一側，從物理上來說其實根本沒有光線存在。

圖片取自見る。動かす。考える。的虛像模擬

URL：https://理科sim.jp/

這個虛像模擬很有意思呢！

 

就算真的在那裡放上一個螢幕，也什麼都投影不出來。我們眼前看到的，其實只是光線的傳播方式所產生的位置資訊，也就是「看起來好像是從那個地方發出光線」而已。

而「光線到底有沒有真的聚集在那個位置」，正是區分實像與虛像最關鍵的差別。

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