核心概念
图像
虚像
透射
反射
光学错觉
引言
你是否曾想过为什么镜子能让房间感觉比实际更大？镜子非常常见，以至于我们很少思考它们实际上有多么有趣。它们以某种方式将我们所处的三维世界复制出来，如此完美，以至于我们下意识地被愚弄，认为在镜子表面之外存在另一个三维空间。当然，我们知道这只是一个错觉。但是，我们的大脑是如何被反射所欺骗的呢？一个简单的蜡烛活动将演示我们的大脑被愚弄的一些方式。
背景
可见物体通常分为两类：发光物体（例如你的电脑显示器），它们自身发光；以及被照亮的物体（例如你的键盘），它们反射来自其他光源的光。你的眼睛通过探测发射或反射的光来看到物体，并且在大多数情况下，光必须沿直线传播才能到达你的眼睛。换句话说，通常你需要在你自己和你想要观看的任何物体之间有无障碍的视线。
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镜子和其他高反射表面是这条规则的一个常见例外。大多数镜子是通过在透明玻璃片后面分层反射金属背衬制成的。由于背衬具有很高的反射性，因此它提供了“图像”（可见物体的明显复制品）。这种图像可能具有欺骗性，因为其明显位置与创建该图像的物体的实际物理位置不符。考虑一下你在镜子中看到的椅子的图像，与如果你有直接视线看到房间里的真实椅子。
所谓的平面镜更令人费解，因为它们创建的图像被称为虚像。当物体发射或反射的光线似乎在镜子后面的某个地方会聚时，就会创建这些图像。并且一些表面可以充当镜子，而无需特殊的反射银背衬。听起来令人困惑？别担心——我们将看到所有这些概念付诸实践。在这个活动中，我们将使用透明表面来了解它是如何透射和反射光的。这将使我们能够通过与虚像出现的表面后面的真实可见空间互动来了解光。
材料
• 两支茶蜡
• 火柴或打火机，用于点燃蜡烛——以及成人协助或监督
• CD 盒，带有一个光滑的透明表面
• 深色表面（你可以通过将黑色 T 恤平铺在桌子上创建一个）
• 成对的相同家用物品（回形针等）（可选）
准备
• 找到一个可以通过关灯变暗的房间。
• 在灯还亮着的情况下，准备好你的深色表面。
• 如果 CD 盒有专辑封面，请将其移除，以便铰链前盖现在是一个透明面板。
• 点燃蜡烛和使用点燃的蜡烛时要小心（并寻求成人协助/监督）。
步骤
• 在灯还亮着的情况下，在你的深色表面上工作，将 CD 盒底部边缘站立起来。将 CD 盒以 90 度角打开。
• 拿起一支未点燃的茶蜡，将其放在 CD 盒透明面板靠近你的一侧。确保你能看到它的反射。反射图像看起来出现在空间中的哪个位置？你认为这是为什么？
• 拿起另一支未点燃的茶蜡，将其放在透明面板的另一侧。调整第二支蜡烛的位置，使其与第一支茶蜡的反射图像处于相同的明显位置。
• 在观察第二支茶蜡时，移动你的头部，透过 CD 盒观察。你能看到第一支茶蜡的反射吗？反射是否会不出现在第二支茶蜡的实际位置上？
• 现在，从上方观察 CD 盒和茶蜡的朝向。注意两支茶蜡的位置。它们的相对于 CD 盒透明面板的位置有什么特别之处？
• 稍微推动第一支茶蜡远离 CD 盒。反射会发生什么变化？
• 推动第二支茶蜡以匹配第一支茶蜡反射图像的明显位置。
• 关掉灯，点燃位于透明面板靠近你一侧的茶蜡。观察反射图像。你看到了什么？
• 附加：如果你想将其变成给另一个观察者的精彩错觉，请再次执行此操作，只需确保他们事先没有看到你是如何设置它的！你的观察者应该从带有已点燃蜡烛的透明面板一侧观察错觉。用你的手触摸面板另一侧未点燃蜡烛的烛芯。你的观察者可能会惊讶你没有烫伤自己！
• 附加：在不直接观察反射的情况下，尝试用家用物品（如回形针）在 CD 盒两侧制作一个立体透视模型，使反射完美匹配。如果你在没有点燃蜡烛的情况下制作它，可能会更容易。提示：茶蜡演示了两个物体需要离镜子多远才能匹配彼此的反射。
观察和结果
当你点燃其中一支茶蜡并从第一侧透过 CD 盒观察时，你的眼睛同时检测到来自未点燃蜡烛的直接光线和已点燃蜡烛火焰发射的反射光。这种反射光创造了一个火焰的虚像，它看起来出现在透明面板后面。我们将虚像解释为出现在创建它们的反射表面之后，因为我们的大脑自然地将来自可见物体的光线解释为沿直线传播到我们的眼睛。来自已点燃蜡烛的光线被“镜子”反射，但我们大脑的倾向是“展开”那束光，将已点燃蜡烛的虚像放置在透明塑料后面（并且显然正好在我们未点燃蜡烛的实际位置之上）。来自已点燃蜡烛的光线实际上并没有从透明塑料后面传播到你的眼睛（因为我们知道光线仅来自塑料前侧的蜡烛）——但看起来确实如此！
这种重叠可以归因于光的称为叠加的特性，这意味着可见光可以同时表示多个光源的组合。来自未点燃蜡烛的光线和来自已点燃蜡烛的反射光线彼此叠加。在其中一个光源比另一个光源强得多的情况下，只有较强的光源清晰可见。这有助于解释为什么在黑暗中看起来很亮的东西（如星星）在阳光照射下看起来不那么亮或不可见。
每个表面都表现出一些透射和一些反射。对于像玻璃这样非常透明的物质，只有大约 5% 的光线照射到它时会被反射。其余 95% 被透射——它直接穿过。当你在黑暗的房间里点燃其中一支茶蜡时，它的一些光线会透过 CD 盒透射，而一些光线会被反射。即使盒子只能反射大约 5% 的火焰光，但反射光也足以产生两个火焰而不是一个火焰和一个未点燃的烛芯的错觉。
这种相同的虚拟图像操作技术已经在舞台上使用了几十年，作为一种称为佩珀尔幻象的技术。这就是迪士尼乐园如何创造幽灵公馆的食尸鬼的方式。它非常引人注目，以至于自 19 世纪中期引入以来，这种错觉的设置几乎没有改变！
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