Các nhà khoa học giải mã bí mật đầy bất ngờ đằng sau màn ảo thuật 'bút chì cao su'

Chắc hẳn bạn từng chứng kiến, hoặc thậm chí tự thực hiện màn ảo thuật khá đơn giản có tên gọi là làm cong bút chì. 

Theo đó, chúng ta sẽ cầm gần phần đầu của bút chì và lắc nhẹ theo hướng lên xuống. Khi được thực hiện một cách chính xác, chiếc bút chì ‘thẳng tưng’ bỗng nhiên di chuyển uốn lượn một cách đầy kỳ lạ như thể được làm bằng cao su.

Vậy, điều gì đã xảy ra ở đây?

Hãy bắt đầu với lời giải thích đơn giản: Mắt và não của bạn không thể theo kịp. Khi ánh sáng đi vào mắt bạn, các thụ thể gọi là tế bào hình que và tế bào hình nón sẽ truyền tín hiệu dọc theo dây thần kinh đến não của bạn để xử lý tín hiệu đó. Hãy coi mỗi tín hiệu đó như một bức ảnh. Bộ não của bạn liên kết những hình ảnh đó lại với nhau để chúng có vẻ chuyển động trơn tru hơn.

Jim Pomerantz, nhà tâm lý học nhận thức, người nghiên cứu nhận thức thị giác tại Đại học Rice ở Texas (Mỹ), cho biết: "Đôi mắt con người có xu hướng tổng hợp ánh sáng theo thời gian".

Nhưng con người có hệ thống thị giác rất chậm, Pomerantz nói. Con người có thể xử lý từ 50 đến 100 khung hình riêng lẻ mỗi giây, tùy thuộc vào kích thước của những gì chúng ta thấy, theo một nghiên cứu được công bố trên tạp chí PLOS One vào 2016. 

Để so sánh, một số loài chim có thể xử lý 145 khung hình mỗi giây. Có một số bằng chứng cho thấy ruồi có thể xử lý tới 270 khung hình mỗi giây và những con ruồi nhanh nhất có thể xử lý 400 khung hình một giây.

Khi theo dõi một đối tượng chuyển động nhanh, hệ thống thị giác của bạn thực sự không cảm nhận được đối tượng đang chuyển động theo thời gian thực. 

Thay vào đó, mỗi khung hình chuyển động để lại lưu ảnh khoảng một phần nghìn giây trên võng mạc - phần mắt cảm nhận ánh sáng của bạn. Đó là lý do tại sao, nếu bạn vẫy tay nhanh trước mặt, bạn sẽ thấy một vệt mờ và tại sao bóng đèn huỳnh quang lại phát ra ánh sáng ổn định.

"Điều mà mọi người không nhận ra là những ống huỳnh quang đó đang nhấp nháy," Pomerantz nói. Nếu bạn là một con chim bồ câu, bạn sẽ thấy ánh sáng đang nhấp nháy.

Vì vậy, khi đang ngoáy bút chì lên xuống, hệ thống thị giác của bạn không thực sự ghi lại chuyển động đó một cách chi tiết; nó cung cấp cho bạn một bản tóm tắt, Pomerantz nói. Đây là lúc mọi thứ trở nên phức tạp hơn một chút. Khi Pomerantz công bố nghiên cứu đầu tiên về ảo ảnh bút chì cao su vào năm 1983, ông đã sử dụng máy tính để vẽ đồ thị chi tiết từng khung chuyển động của bút chì.

Kết quả của ông, được công bố trên tạp chí Perception and Psychophysics, phát hiện ra rằng trong mô phỏng, nếu một cây bút chì được giữ gần đầu và lắc lư như vậy, các đồ thị của từng khung riêng lẻ sẽ kết hợp với nhau để tạo thành một đường cong mượt mà.

Đó là những gì hệ thống hình ảnh của mắt bạn thu nhận. Nếu bạn là một con chim hoặc một con côn trùng, bạn sẽ thấy một đường thẳng di chuyển lên và xuống, bởi vì những sinh vật đó có thể xử lý nhiều khung hình hơn mỗi giây, Pomerantz nói.

Tuy nhiên, màn ảo thuật với bút chì vẫn còn ẩn chứa nhiều bí mật khác. Nhiều nghiên cứu gần đây đã phát hiện ra rằng lý thuyết của Pomerantz đã giải đáp được phần trọng tâm của màn ảo thuật, nhưng vẫn chưa hoàn toàn trả lời câu hỏi tại sao bút chì trông lại ‘mềm dẻo’ như làm từ cao su.

Để giải đáp khúc mắc trên, một nhóm các nhà khoa học ở Đức và Mỹ đã yêu cầu những người tham gia di chuyển mắt theo những phương cụ thể, trong khi chú ý đến các mô phỏng trên máy tính về các đường lắc lư. Ý tưởng của thử nghiệm này nhằm để xem chuyển động của mắt có thay đổi "ảnh chụp nhanh" trên võng mạc của họ hay không.

Theo Lore Thaler, nhà tâm lý học tại Đại học Durham, Anh, nếu lý thuyết của Pomerantz hoàn toàn đúng, nó có thể "hủy bỏ" một phần chuyển động của bút chì, khiến nó trông thẳng hơn.

Nghiên cứu được thực hiện năm 2007, được công bố trên Tạp chí Thị giác, cho thấy chuyển động của mắt quả thật có khiến chuyển động của bút chì trông thẳng hơn đôi chút; nhưng không nhiều theo như lý thuyết của Pomerantz.

Một thí nghiệm khác càng củng cố thêm sự nghi ngờ của các nhà nghiên cứu. Một chiếc hộp, vốn được vẽ xung quanh bên ngoài đường thẳng và được vẫy lên xuống song song cũng làm thay đổi độ mềm dẻo của đường thẳng.

Chiếc hộp cung cấp ngữ cảnh giúp não bộ phân biệt chuyển động của bút chì. Trên thực tế, khi hộp và bút chì được vẫy với nhau, người tham gia sẽ thấy một đường thẳng di chuyển lên và xuống. Tổng hợp lại, lý thuyết của Pomerantz và những kết quả thử nghiệm thực tế trên cho thấy hiện tượng ‘bút chì uốn dẻo’ không chỉ là về những "bức ảnh chụp nhanh" mà mắt chúng ta chụp được. Nó còn liên quan đến ngữ cảnh của chúng và cách bộ não của chúng ta xử lý các ‘bức ảnh chụp nhanh’ này.

Tuy nhiên, chúng ta vẫn chưa rõ chính xác lý do tại sao bộ não của chúng ta không thể xử lý một đường thẳng di chuyển lên và xuống. Nhưng các nhà khoa học có thể khẳng định rõ một điều: Bộ não con người "chỉ làm tốt nhất những gì nó có thể".

Tham khảo Live Science