Turbūt daugeliui yra tekę matyti tokį vaizdą – važiuoja gatve automobilis, ir gana greitai. Pasižiūri į jo ratus, o tie, atrodytų, visiškai nesisuka. Arba sukasi gerokai lėčiau, nei turėtų. Arba netgi išvis atgal sukasi. Kas per nesąmonė? Iš tiesų viskas yra gana paprasta, ir žemiau pasistengsiu paaiškinti šį įdomų reiškinį nuosekliai.
Pradėsiu aiškinimą nuo galbūt lengviau suprantamo atvejo, kai toks keistas ratų (ar kitų greitai besisukančių simetriškų objektų) judėjimas matomas filmuotuose vaizduose. Tuo labiau, kad ir šis reiškinys žymiai dažniau matomas būtent filmuose ar TV reportažuose, o ne realybėje. Kaip žinoma, filmavimo kameros paprastai fiksuoja berods 15 arba 24 kadrus per sekundę. T.y. vaizdas, kuris mums atrodo nenutrūkstamas ir sklandus, iš tikro yra sudarytas iš pavienų paveiksliukų, kurie tiesiog yra keičiami taip greitai, kad akis nespėja užfiksuoti jokio pavienio kadro. Jei gerai atsimenu kažkada girdėtus skaičius, tai žmogaus sąmonė vaizdo egzistavimą užfiksuoja tik per ~1/12-ąją sekundės dalį. Jei vaizdas keičiasi dažniau, atskirų kadrų nebematome.
Dabar pagalvokime apie filmuojamą greitai besisukantį ratą. Mašinų ratlankiuose, žiūrint iš šono paprastai būna keletas vienodų ertmių – kai kur keturios, kai kur net ir septynios. O kiekvienas filmuojamas kadras yra tarsi vaizdo "nuotrauka". Jei taip atsitinka, kad nuo vieno kadro iki kito, t.y. per tą 1/15-ąją arba 1/24-ąją sekundės dalį, mašinos ratas pasisuka tiksliai tokią pilno lanko dalį, kad ratlankių ertmės pasislinktų per vieną, dvi ar daugiau pozicijų, tai žiūrint į tas dvi nuotraukas atrodys, tarsi ratas visiškai nepasisuko. Arba pasisuko labai nedaug, jei poslinkis ne visiškai tiksliai atitiks natūralųjį skaičių. O jei toks greitis išliks ilgą laiką – pvz. kelias sekundes, – tai ir filmuotą vaizdą žiūrint atrodys, kad ratas sukasi "nenormaliai" arba išvis nejuda. Taip yra dėl to, kad mūsų akys kiekvieną vaizdo gabaliuką fiksuoja ir smegenys interpretuoja atskirai, taigi ratai interpretuojami atskirai nuo likusio vaizdo. O vizualiai lėtai judančius objektus interpretuoti lengviau, nei judančius greitai, taigi smegenys pasirenka tokį supratimą. Šis efektas moksliškai vadinamas stroboskopiniu efektu.
Jei pasimetėte tarp visokių skaičių, štai jums konkretus pavyzdys. Įsivaizduokime mašinos ratą su penkiomis ertmėmis. Važiuojanti mašina filmuojama 24 kadrų per sekundę greičiu. Taigi jei mašinos ratas pasisuka penktadalį pilno apsisukimo per 1/24-ąją sekundės dalį (t.y. sukasi 4.8 apsukų per sekundę arba 288 apsukų per minutę greičiu; jei rato spindulys yra 30 cm, tai mašina važiuoja maždaug 32 km/h greičiu), žiūrint tokio judėjimo filmuotą vaizdą, ratas atrodys nejudantis. Taip pat jis atrodys nejudantis, jei mašina judės dvigubai, trigubai, …, greičiau, t.y. 64, 96, 128 ir t.t. km/h greičiu. Jei jos greitis nuo šių verčių skirsis nežymiai (kokiais pora km/h), atrodys, lyg ratai suktųsi labai lėtai.
O kaip yra realybėje, kai žiūrime į tikrus vaizdus, ne filmuotus? Paaiškinimų gali būti įvairių. Paprasčiausias – tas pats stroboskopinis efektas, kurį sukelia aplinkos šviesos šaltiniai. Jei į automobilį žiūrite naktį, kokių nors lempų šviesoje, tos lempos skleidžia ne visiškai nuolatinę, bet 100 arba 120 hercų dažnio šviesą (nes elektros srovė, į jas paduodama, yra 50 arba 60 hercų dažnio, o lempa įsijungia du kartus per srovės stiprio svyravimų ciklą). Toks netolygus apšvietimas reiškia, kad matote ne tolygų vaizdą, o tokį, lyg viskas būtų filmuojama 100 arba 120 kadrų per sekundę greičiu ir čia pat parodoma. Taip pat stroboskopinis efektas gali kilti jei dėl kokių nors atspindžių rato stipinai yra apšviečiami skirtingai. Pavyzdžiui, jei nuo mašinos veidrodėlio krinta atspindys ant vieno iš stipinų, mūsų akys natūraliai geriau matys tą stipiną ir vėl susidarys stroboskopinis efektas. Dar panašus reiškinys gali atsitikti, jei netoliese yra vibracijų šaltinis (pavyzdžiui gręžiamas asfaltas; tiesą sakant, užtenka netgi niūniuoti panosėje). Tada akių obuoliai ima šiek tiek vibruoti akiduobėse ir ima skirtingai reaguoti į vibracijos dažnį atitinkantį judėjimą.
Bet, netgi pašalinus visus šituos pašalinius efektus, kartais įmanoma pamatyti šitą keistą reiškinį. O čia jau ima veikti mūsų akių ir smegenų savybės, kurios, kiek žinau, nėra labai gerai ištyrinėtos. Tačiau nustatyta, kad 8-12 hercų dažnio ribose besisukantys objektai atrodo lyg ir nejudantys, tačiau kartais ima "judėti" kai kurios jų dalys (vadinamoji alfa-stroboskopija). 30-35 hercų dažnio ribose visas vaizdas susilieja į daugmaž vientisą, bet kartais gali pasimatyti judėjimo priešinga kryptimi iliuzija (beta-stroboskopija). Galiausiai 40-100 kercų diapazone pasireiškia gama-spektroskopija – vaizdas atrodo pasidalinęs į susiliejusį vientisą ir nejudantį; atrodytų, tarsi objektas nejuda, bet yra išblukęs.
Tokie tad "cūdai" dedasi su mūsų akimis. Apgauti jas yra gerokai lengviau, nei gali pasirodyti – iš to ir visokiausios optinės apgaulės atsiranda, ir kitokia velniava. Linkiu jose nepasiklysti :)