2011年2月16日 星期三

一斤鐵重還是一斤棉花重?

為了找尋答案,我決定親身做實驗。家裡沒有鐵,於是找來一隻奇異果,磅一磅,重 120 克。家裡也沒有棉花,但有舊報紙,順手拈來放到磅上,加加減減湊好 120 克,用膠紙綑作一團,成了一個報紙球,再磅一磅,確保依然 120 克。

在我面前,一隻 120 克的奇異果和一個 120 克的報紙球,哪個較重?

右手拿起奇異果,左手拿起報紙球……奇怪,怎麼奇異果感覺較重?

試試換手,奇異果在左手,報紙球在右手,奇異果依然較重。

把奇異果放回磅上,120 克。把報紙球放回磅上,也是 120 克。

信磅,還是信感覺?

***


奇異果長兩吋半,報紙球直徑六吋,兩件物件重量相等,較大那件感覺較輕,這是一個經典錯覺,size-weight illusion。用心理學的說法,這是一個非常「robust」或「compelling」的錯覺,意指明知重量相等,抗拒卻是「有心無力」,物件放在手中,較大那件顯得較輕的錯覺揮之不去,若非有磅為證,很難相信兩者重量相當。

很明顯,雙手所感覺到的,不僅是物件的重量,而是體積和重量的結合。

蒙着雙眼,看不見物件大小,錯覺還存在嗎?還存在,因為單憑手感也能感覺物體大小。

用繩吊着物件,不讓雙手直接觸碰,且蒙上眼睛,錯覺應該消失了吧?還存在,因為物件的搖晃泄露了它的大小。(雙手對此非常敏感,不信可以試試看。)

要完全隔絕體積的資訊,有兩個方法。一,使用滑輪或槓桿,搖晃的傳送便中斷。二,把物體放進一條大小適中的垂直管子,限制其搖晃。這樣,在對物件大小毫無提示的情況下(不要忘記蒙上雙眼),我們才能「心無旁騖」地感受物體的真正重量,size-weight illusion 的錯覺才告消失。

然而,我不服氣,為何我一定是「錯」?磅不可以「錯」的嗎?全世界的磅都說一斤鐵和一斤棉花一樣咁重,全世界的人都覺得一斤鐵重過一斤棉花,頂多勝負未分,怎麼人自認是「錯」?

***


執筆時,穆巴拉克剛剛自願下台,埃及亂局稍定,還記得早前兩派人馬街頭對峙,互擲石塊,我在想:何來這麼多石頭?後來看見一幀新聞照片,原來有人把大片馬路的石屎砸爛成塊,用來投擲。不難想像,示威者撿拾石塊時,一定會用手來枰一枰,揀選擲得最遠的。他們手枰石塊,跟我手枰奇異果和報紙球的動作如出一轍,兩者是不是有些關連?

根據一些學者的說法,遠距離投擲是人類獨有的本領。猩猩和猴子懂得投物,但距離很短,自然界沒有動物能夠像我們一樣,把籃球從己方的籃底傳至敵方的半場,或如棒球的外野手把球擲回本壘,又或如長毛向特首掟蕉等等。投擲給我們遠距離攻擊的能力,讓史前人類能夠獵殺大型動物,幫助人類征服自然廣佈全球。投擲的第一步,是揀選最佳的可擲物,所謂「最佳」,不外乎擲得最遠,既然投擲於生存這樣重要,揀選最佳可擲物是不是我們本能的一部分?

試想像,你面前放了六個體積相約的奇異果模型,一個木造,一個鐵造,一個銅造,一個鋁造,一個鉛造,一個銀造,你能否揀選哪個擲得最遠?再來六個牛油果模型,體積相約,重量不一,你又能否揀選哪個擲得最遠?以上情形改編自一個研究,那研究已經證明人有這種能力,在投擲之前已經大概知道最佳重量。最佳重量並非一成不變,而是跟隨體積調節,體積愈大最佳重量愈大;以投擲而言,最理想的牛油果(模型)一定重過最理想的奇異果(模型),因為牛油果(模型)一定大過奇異果(模型)。(以下省略「模型」二字。)

Size-weight illusion 說,假如兩者同等重量,牛油果感覺較輕。換個說法,若要感覺一樣重,牛油果必須重於奇異果。

神奇的是,最理想的牛油果與最理想的奇異果感覺恰好一樣重(是「感覺」一樣重,實際上當然牛油果較重),這是最近一次研究的結果。是次研究證明,所有最適合投擲的物體,重量感一致。Size-weight illusion 原來是有功能的,人只要認定一個重量感,便能不論體積、不論重量揀出最適合投擲的物件。雙手提供的重量感,並不是重量,而是物件的「可擲性」。

Size-weight illusion 這錯覺,其實並沒有「錯」,手與磅根本是在量度不同的東西。

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一斤鐵重還是一斤棉花重?

磅說:「一樣咁重。」

手說:「用嚟掟人?梗係一斤鐵啦!」

手和磅根本就在不同的頻道,或在不同的 level。

(2011 年 2 月 16 日 信報副刊)

學術參考:
Qin Zhu, Geoffrey P. Bingham (2010), “Human Readiness to Throw: The Size-Weight Illusion Is Not An Illusion when Picking the Best Objects to Throw,” Evolution and Human Behavior. doi:10.1016/j.evolhumbehav.2010.11.005

D. J. Murray, R. R. Ellis, C. A. Bandomir, H. E. Ross (1999), “Charpentier (1891) on the Size-Weight Illusion,” Perception & Psychophysics 61, 1681–1685.

R. R. Ellis, S. J. Lederman (1993), “The Role of Haptic Versus Visual Volume Cues in the Size-Weight Illusion,” Perception & Psychophysics 53, 315–324.

Geoffrey P. Bingham, R. C. Schmidt, Lawrence D. Rosenblum (1989), “Hefting for a Maximum Distance Throw: A Smart Perceptual Mechanism,” Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance 15, 507-528.

6 則留言:

  1. 一斤鐵的密度比一斤棉花大,所以手說:「用嚟掟人?梗係一斤鐵啦!」

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  2. 但要分清「密度」和「可擲性」,密度高未必擲得遠,一切視乎重量和體積的配合。手感受的是可擲性,不是密度。

    鐵和棉花的比喻可能太 trivial,想像一斤鉛和一斤鐵,鉛的密度較高(體積較小),但哪個擲得更遠,不明顯。可以計數,但要把空氣阻力等計算在內,頗為繁複,手感奇妙之處就是不必運算,只需枰一枰便大概知道。這是我們官感奇妙的地方。

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  3. 你會否另外撰文談一談奇妙的官感?

    我每次看到小鳥如何輕巧地降落在樹枝上, 又或是它們能夠高速地集體轉向, 我總是驚嘆大自然的奇妙。

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  4. 手感受的是可擲性?
    我是路人...
    直覺認為是同重量但接觸面積較大的放手上感覺會較輕?

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  5. Idalan 你好,你說接觸面愈廣感覺愈輕;假如你的假設正確,兩件相同重量、相同橫切面、不同高度的物體,應該感覺一樣重,對嗎?

    有實驗試過,但 size-weight illusion 依然存在,說明接觸面不是錯覺的來源。

    這實驗在 1931 年以德文發表,我不懂德文,因此沒法拜讀原文,但若沒有誤會 wikipedia 的意思,以上說法應該正確。

    http://en.wikipedia.org/wiki/Size-weight_illusion

    科學界對 size-weight illusion 的來由爭議了很久,若接觸面的解說成立,爭議應該一早完結了。

    另外,多謝 carl 的提議,我會記住。題材多是看我的「心情」而定,也視乎我最近接觸的材料,既然 carl 提到,我會留意相關消息,希望有日能夠一解你的好奇。

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  6. Carl,忽然想起,鳥群高速集體轉向是一種 emergent behaviour,中文唔知點譯,意思是:個體跟隨一些簡單的規則,群體便自然呈現一些看似複雜的規律。這些規律看似有中央操控,實際上只是個體個別行動的結果。

    係咪好玄?上網搜尋一下「emergent behaviour」便可多作瞭解。

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