蜃気楼の秘密は驚くほど脳とはあまり関係がない

Head Trip では、PopSci が私たちの脳と感覚、そしてその間で起こる奇妙な出来事との関係を探ります。

映画や漫画で見たことがあるでしょう。暑い砂漠を何日もさまよっていると、突然、どこからともなく、数百ヤード先に日陰のある水のオアシスが出現します。彼らは残されたわずかな力を振り絞って、激しい喉の渇きを癒すためにそこへ走りますが、その場所に着くと幻影は消えてしまい、ひどくがっかりするのです。

蜃気楼は現実世界ではそれほど奇跡的でも鮮明な描写でもありません。ジョンズ ホプキンス大学の検眼医ブライス セント クレア氏によると、蜃気楼は 2 つの異なる空気密度が光を異なる方法で屈折させることで生じる錯覚です。地面と上空の大気の温度差が不均衡なため、砂漠の砂、高速道路、歩道など焼けるような地面の上で蜃気楼が見られる可能性が最も高くなります (ただし、気温条件が適切であれば、理論上はどこでも蜃気楼を見ることができます)。

「砂漠で見られる典型的な現象についてお話ししましょう。砂は大量の熱を発するため、その真上の空気は非常に高温になり、密度が低くなります」とセントクレア氏は言います。「[空気] は上昇するにつれて冷たくなり、密度が変わります。この 2 つの異なる密度の空気の境界面が、この錯覚を生み出します。基本的に、光は異なる方法で屈折します。」

蜃気楼は、空からの光が冷たい空気に向かって上向きに曲がり、地面から来ているように見えるときに形成されます。私たちがこの虚像を認識するのは、光の屈折角と屈折率、または光線が異なる媒体を通過するときに曲がる光線の測定値によるところが大きいです。光は、冷たい空気だけ、または熱い空気だけなど、密度が均一な単一の媒体を通過するときは直線で進みますが、密度が異なる 2 つの媒体の間を通過するときは光の角度が変わります。熱い空気と冷たい空気の境界で発生する歪みが、私たちが認識する水のような画像を作り出します。

最もよく見られる蜃気楼の 1 つ、暑い道路の水たまりについて考えてみましょう。ドライバーが水平線とほぼ平行な角度から水たまりのように見えるものを見ると、光が上向きに曲がってドライバーの目に入ります。暑い空気と冷たい空気の間の表面は、屈折した光に対して鏡のような働きをします。屈折した光はほとんどの場合、空を反射し、道路に水があるという幻覚を引き起こします (この現象により、遠くにある実際の物体が反射されることもあります)。

ただし、蜃気楼は、見る人が熱気と冷気の境目から遠く離れている場合にのみ機能します。道路の例で言えば、ドライバーが最初に水たまりがあると思われる場所に近づくと、水たまりは消え、再び数百ヤード先にあるように見えます。「遠くにいると、熱気と冷気の境目の表面との角度は非常に浅くなります」と、ダートマス大学の心理学および脳科学の教授であるピーター・ツェ氏は言います。さらに近づくと、または丘の上に来ると、「頭がその境目より上になります。そして、その角度は反射を得るには大きすぎます。」

蜃気楼は人間の視覚処理の不具合だと考えがちですが、この現象は外界の変化、この場合は光の性質によって完全に説明できるため、真の錯覚であると考えられています。

「雲の中に顔が見えるというのは、脳の働きによる錯覚です」とツェ氏は言う。「しかし、蜃気楼は脳のせいではなく、光の物理的性質によるものです。」

この光学現象に適応するには、蜃気楼と定期的にやりとりする必要があります。たとえば、窓の外を見ると、屋外と背後の部屋の反射が異なるシーンであると知覚し、認識し、理解することができます。

「私たちの脳がそれを理解できるのは、私たちがガラスや世界と関わり、頭を左右に動かすことができるからです」と、アメリカン大学の教授で『オックスフォード錯視大全』の編集者でもあるアーサー・シャピロ氏は言う。「私たちは、さまざまな物体がさまざまな平面上を動いているのを見ることができるのです。」

したがって、私たちの脳が私たちが見るすべての幻覚を作り出すわけではありませんが、幻覚と頻繁にやりとりする機会があれば、私たちの視覚処理システムは、私たちが知覚する奇妙さを調整する能力を発達させることができるでしょう。私たちがガラス窓ほど頻繁に蜃気楼に遭遇するわけではないことを考えると、私たちの脳がそのようなイメージを処理する際に修正する可能性は低く、特に私たちが知覚する水っぽい光景は、道路に水たまりがある場合に私たちが見るものと非常に似ていることを考えると、それはさらに低いでしょう。

しかし、砂の上で長時間焼けていると、脳はこの錯覚を克服する方法も見つけるかもしれません。それほど強力なのです。

訂正（2023年2月16日）：ピーター・ツェ氏はダートマス大学ではなく、ダートマス・カレッジの教授です。

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