重新发现了“马赫”（美术光学）
                  ——业余科研之一

    1978年之后，中国开始了“科学的春天”，画了多年油画的在下也终于忆起自己以前是学物理的，荒废多年，扔了可惜，趁闲着没事拣回来吧，搞点儿业余科研玩玩。
    搞什么呢？我想就在我的两个专业物理和美术的结合部做文章吧，这样能最大地发挥我的优势。
    美术和物理在什么地方结合呢？当然应该在光学上，美术是光和影的艺术，是色彩的艺术，离不开光学。
    有了研究的念头之后，我立刻想到了一种现象，我们画石膏体时，往往要强调，把暗部中靠近明暗分界线处画得更黑一些，而亮部中也是靠近分界线处画得更白一些，也就是说，要使分界线两侧的明暗对比更强一些。而且实际上我们在看石膏体时，看到的也是如此。之所以要这样画完全是忠实于我们的眼睛。
    但我想，这是真实的吗？是眼睛的错觉？还是靠近分界线的暗部事实上光照就少一点呢？也就是说，这究竟是主观感觉还是客观事实？
    我决心做一个实验，利用文化馆方便的条件，给石膏体照了张像，放大，然后看照片上的石膏体，仍然是分界线处的明暗对比更强一些。我想，照相机总不会有错觉吧？看来这种现象是客观事实，而非主观错觉了。
    但我无意中拿本书把石膏体的亮部遮挡起来，怪事出现了：暗部立刻变得均匀一致，当我再拿开遮挡时，暗部马上又恢复成明暗不均匀了。
    我明白了，的确是眼睛的错觉！

靠近分界线的暗部似乎显得更暗一些

遮住亮部，暗部立刻变得均匀了，可见不均匀是眼睛的错觉。
 
    也就是说，本来暗部所受光线全是均匀一致的，但因为旁边有亮部在对比着，结果在我们眼睛中看起来，靠近明暗分界线的暗部就显得更暗一些。当把旁边的亮部遮住时，这种不均匀现象就消失了。

    看来我发现了一种光学的错觉现象，可以算是最初步的“科研成果”吧？但当我想把它写成论文发表出去时，才发现没刊物可投。
    我很清楚，中国美术界几乎没人懂光学和物理，中国的美术杂志上从来不登这类科研论文。而光学刊物呢，又从来不涉及美术。这两门学科根本就不搭界。
    这时我想起来有位名人说过：确定研究方向时要记住四句话：社会需要，现实可能，少有人搞，我就能搞。
    我这项研究倒是符合后两句话，但最重要的第一句话“社会需要”我反而忘了。中国社会需要美术光学吗？不需要。
    中国是个科学传统极薄弱的国度，大家都没有像外国人那种自发搞科研的狂热，只有生产需要时，逼得没办法了才搞点科学。
    我很清楚，西洋画本来就是建立在科学观察基础上的。到了十九世纪末，随着科学的发达，更是主动把科学引入美术中，用物理的角度，光学的角度，去研究美术的表现方法。由此产生了许多现代流派，比如印象派、点彩派、光效应艺术等。
    中国的艺术家们根本搞不懂那么多科学东西，只是觉得西洋的这些画派新颖、有创意，机械地模仿人家表面的技法，只学了点皮毛，并不真理解人家的科学精髓。所以在中国，美术光学是没有出路的，首先编辑就看不懂，即使发表出来也没人看得懂，没人会感兴趣。

    我为了开始这项研究，已经看了不少视觉生理学资料，对人眼怎样接受外部的光线，在视网膜上怎样处理，然后又怎样经过一系列生理分析进入大脑等等，有了一个明晰清楚的认识。
    当我对一些比较深的问题有疑问时，曾给《视觉的分析生理学基础》一书的作者写信询问，作者倒是来了信，但他说自己也弄不懂这些疑问，因为他主要是翻译人家外国人写的书，自己并不太懂。这使我很惊奇，没想到稍一探讨竟把作者给难倒了。

    当看到比较深入的资料后，发现前人对这种错觉现象早已有研究。尤其奥地利物理学家兼画家马赫（西方这类既懂科学又懂艺术的人物很多，中国几乎连一个都没有）对这一现象做过极深入的研究。他用一种水生动物“鲎”做为研究对象进行电生理实验。因为“鲎”的眼睛很简单，细胞又比较大，很适合于研究。

 

奥地利物理学家兼画家马赫

“鲎”的眼睛很简单，细胞又比较大，很适合于研究。
 

    通过研究他发现了所谓“侧抑制效应”，也就是说，当某个视细胞接受到强光时，会对邻近的视细胞的功能产生“抑制”作用，使得邻近细胞的光感受性降低，这样，强光区旁边的弱光区就显得更弱，也就是越暗。反之，弱光区旁边的强光区细胞的光感受作用加强，显得更亮。而且马赫还做出一条光感受性的曲线来，这一侧抑制区域就叫做“马赫带”。
    总之，在明暗交界线两侧，我们的眼睛觉得亮的更亮，暗的更暗，明暗反差增强了，明暗分界线更突出了。

每一竖条实际上都是均匀的灰色，但看起来分界线两侧黑白对比显得更强烈。

侧抑制效应不光是说说，马赫对眼睛进行了生理学测试，有具体数据和图象。 

    生物为什么会进化出这样一种奇怪的功能呢？原来这对生物的生存很有好处。眼睛接受了外界光信息后，在视网膜以及脑中形成图象。如果生物对所有的图象信息都平均地同样处理，就会增加计算量，延缓反应时间，这是很不利的。进化要求生物必须抓住主要信息，以便减少处理量。这与计算机处理信息的道理是一样的。
    显然在外部世界所有物体的图象信息中，轮廓线信息比其它均匀信息更重要，一条轮廓线就已经足以勾画出眼前的东西是什么了，是敌害，还是食物，是山坡。还是树林，等等。
    而“侧抑制效应”能有效地突出明暗轮廓，使眼睛首先注意到轮廓线，以便以最简捷的方式快速处理，做出反应。因此这个错觉完全是出于生存的需要而形成的。

    理解了这一点，我们也就能更深入地理解中国画。中国画与西洋画不同，西洋画主要用“面”去表现，而中国画则更多地用“线”去表现。
    我们本来以为眼前的真实对象并非由轮廓线构成，所以觉得西洋画更逼真，而国画则更抽象，不真实。现在理解了，国画表现“线”其实也是有其视觉生理基础的，它正像动物一样抓住了最重要最本质的信息。
    其实在人类的童年时代，绘制岩画时也是用“线”来表现的，看起来这是人的一种本能，无论动物还是人都受到这个“侧抑制效应”的影响，首先注意到对象的轮廓。

我去过的皮山县桑株岩画，人类早期都是只画轮廓线，说明受到侧抑制作用的影响
 

    看起来在艺术中也是有许多物理、生物的科学道理的，只是在中国没法讲，讲了也没人感兴趣。但我能够独立发现外国科学家兼画家马赫所发现的规律，使我增强了信心。说明所谓“科学发现”也并非那么神秘，只要研究就会有收获。
    另一方面我也想，只有在西方才有可能产生马赫这样的学者，既是物理学家又是画家，而且把两方面的研究都结合起来，并且产生了成果。西方这样的人有很大一批，比如最著名的大画家达·芬奇就是这样的百科大师，既是科学家，又是工程师，还是发明家。所以西方才能把美术发展到今天这样的局面。而在中国这样的土壤上则很难产生这种人才，即使产生了也没法研究下去。
    是我自己生错了地方？还是多重兴趣耽误了我？天知道。