¿Cómo percibimos la distancia del objeto en refracción/reflexión?

Supongamos que tenemos algún objeto, desde el cual los rayos de luz se reflejan y alcanzan nuestro ojo. En este ejemplo, podemos ver directamente este objeto y la imagen se forma en nuestra retina.

Sin embargo, considere una moneda mantenida bajo el agua. Debido a la refracción en la superficie, percibimos la profundidad aparente y no la profundidad real de la moneda. El rayo de luz se dobla en la superficie, y cuando este nuevo rayo se traza hacia atrás en línea recta, converge a cierta altura por encima de la profundidad real.

Mi pregunta es, ¿por qué trazamos este nuevo rayo en línea recta hacia atrás, en lugar del camino original que tomó? Esta 'imagen', en cierto sentido, funciona como un objeto virtual y forma una imagen en nuestra retina, que se habría formado el objeto submarino original. Por lo tanto, percibimos este objeto virtual y vemos esto, en lugar de la moneda real que está bajo el agua,

¿Por qué es así, que el trazado de rayos hacia atrás, solo funciona en líneas rectas, como si el medio refractivo ni siquiera estuviera allí?

Lo mismo sucede en un espejo. Nos parece que el objeto está detrás del espejo. Esta es la imagen virtual del objeto original, y actúa como un objeto virtual para nuestros ojos, que forman una imagen real en la retina.

Nuevamente mi duda es, si esto es solo una ilusión que percibe nuestro cerebro? ¿Que nuestros cerebros solo rastrean la luz hacia atrás en línea recta, incluso si el rayo real se dobla debido a la refracción, la reflexión o algo así? Nuestro cerebro rastrearía los rayos hasta algún objeto virtual, que en ausencia de cualquier refracción o reflexión, resulta ser el objeto real. En presencia de estos fenómenos, este objeto virtual es una imagen del objeto real, que está en otro lugar. ¿Es esto sólo una ilusión?

¿Hay alguna razón especial por la que nuestras mentes puedan percibir objetos siguiendo la luz en línea recta hacia atrás? Por alguna razón, nuestro cerebro no sigue el camino real de la luz, solo sigue la luz que llega a nuestros ojos en línea recta.

La distancia aparente es una cuestión de percepción del cerebro humano... si hay un ángulo de incidencia (espejo/lente/objeto masivo) intermedio/índice de refracción/masa relativa perteneciente al fenómeno en cuestión (electromagnetismo/luz/gravedad) y pronto..
¿Cómo diablos puede la retina saber de dónde vino originalmente el rayo de luz? ¡La única información que tiene es el ángulo en el que entró en el ojo! ¡El pasado del rayo de luz no se puede adivinar!

Respuestas (3)

Después de la reflexión, los rayos parecen venir en la dirección en que lo harían si hubiera un objeto a la izquierda.

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El cerebro elige la causa más probable de que los rayos vengan en esa dirección, y es que hay un objeto a la izquierda.

Exactamente por qué lo hace es una pregunta psicológica, pero cuando los humanos estaban evolucionando, los espejos no estaban cerca, aunque la refracción en el efecto del agua o el reflejo de las piscinas tranquilas podrían haberse visto.

Entonces, en cierto sentido, si tenemos alguna situación que pueda explicarse usando el diagrama anterior, el cerebro siempre asumirá automáticamente que el objeto está a la izquierda. Por lo tanto, es un fenómeno puramente psicológico?
@RayPalmer, sí, esa es la primera impresión, aunque nos damos cuenta de que es un reflejo, probablemente debido a las imperfecciones de la imagen y nuestro conocimiento del resto del entorno, también podría ser una pregunta interesante para Psychology Stack Exchange, si hay es uno...
@wizzwizz4 gracias, espero que Ray lo vea.
@RayPalmer Hay una Psicología y Neurociencia .
@JohnHunter, sí, pronto haré una pregunta allí, sin embargo, aunque casi puedo convencerme a mí mismo, dado que el cerebro no puede rastrear directamente el camino de la luz, 'asume' que la luz vino en línea recta. Por eso vemos el lápiz doblarse bajo el agua, o simples reflejos en el espejo y todo. Sin embargo, también podemos tomar fotografías de reflejos usando una cámara. La cámara no tiene un sentido de percepción, no es consciente.
@JohnHunter Y, sin embargo, si tomas una selfie en el espejo o algo similar, la luz rebota en el espejo y llega a la cámara. Sin embargo, en la fotografía, si ocultas el borde del espejo, no podrás saber si es un selfie en espejo o si es un selfie directo. En cierto sentido, la cámara 'supone' que la luz venía también en línea recta, es decir, ¡desde detrás del espejo!
@RayPalmer, sí, es similar al ojo del diagrama. Los objetos que estarán enfocados son aquellos donde se cruzan las líneas punteadas. Tanto el ojo como la cámara reciben rayos que podrían provenir de un objeto en un punto donde se encuentran las líneas punteadas. No hay forma de que ninguno de los dos "conozca" las rutas reales de estos rayos. Todo lo mejor con eso.
“Exactamente por qué, etc...”: nada del todo psicológico a este nivel, así es como funciona el sistema de visión. El cerebro en este nivel es una máquina de predicción estadística. En ausencia de cualquier anterior, el rayo se interpreta como si viniera directamente del objeto. Y los niveles inferiores de reconstrucción no tienen ningún mecanismo rápido de retroalimentación previa. El conocimiento de que hay una bañera con agua está integrado muy por encima de la corteza visual. Cualquier ilusión óptica utiliza esto. Afortunadamente, el sistema de visión se encuentra entre los más entendidos (que no es mucho, pero suficiente para decir esto con confianza).

Los ojos sólo pueden percibir los rayos que entran en el ojo. Al ver objetos bajo el agua a través de la placa frontal plana de una máscara de buceo, los rayos que ingresan a los dos ojos se refractan en el vidrio y el objeto que se ve parece estar más cerca de lo que realmente está.

sí, esto se debe a que el objeto crea una imagen I' debido al vidrio. Esta imagen actúa entonces como un objeto virtual que forma su imagen en la retina. El cerebro cree que esta imagen I' es el objeto real, mientras que no es más que una imagen del objeto original. Solo me pregunto por qué sucede esto.
por ejemplo, si estamos parados frente a un lago, y hay una montaña al fondo, no solo vemos la montaña directamente, sino también el reflejo de la montaña en el lago. Nuestros cerebros interpretan que se trata de dos entidades separadas, aunque la montaña dentro del lago no es más que el reflejo de la montaña real.
Esto se debe a que nuestro cerebro rastrea los rayos que llegan a nuestros ojos directamente hacia atrás, como se muestra en el diagrama de la otra respuesta. Por eso, el lugar donde los rayos de luz se habrían encontrado si se extendieran hacia atrás en línea recta, se 'percibe' como el objeto, aunque el rayo de luz real podría haberse desviado aquí y allá en el camino real.
¿Es esto puramente psicológico, o hay alguna física real involucrada aquí? Nuestros cerebros perciben los reflejos de un objeto como algo separado del objeto en sí. Esa es la razón por la que vemos reflejos en primer lugar.
@RayPalmer Simplemente no es posible saber el camino que tomó la luz. Todo lo que sabemos es su dirección cuando golpea el ojo, y lo mejor que puede hacer el cerebro es asumir que vino en línea recta porque así es como viaja normalmente la luz.
@Barmar, por lo que es puramente una cuestión de cerebro. La única razón por la que vemos (percibimos) reflejos y cosas relacionadas es porque el 'cerebro' asume que la luz viene en línea recta. ¿Es eso correcto?
La única razón por la que percibimos ALGO es porque el cerebro hace suposiciones.
Hay muchas ocasiones en que las suposiciones son incorrectas. Estas se llaman "ilusiones ópticas".

Después de leer las maravillosas respuestas y comentarios, y leer un poco más, creo que he logrado aclarar algunas de mis dudas.

Imaginemos el siguiente escenario.

Estoy parado frente a un lago. Hay una montaña detrás del lago.

Los rayos de luz de la montaña llegan a mi ojo y forman una imagen en la retina. Mi cerebro interpreta esto, asumiendo que la luz viajó directamente desde el objeto hasta mi ojo (lo que sucedió en este caso), y percibo la montaña en mi visión.

Ahora suponga que los rayos de luz rebotan en la superficie del lago y alcanzan mi ojo. Nuevamente, se forma una imagen en la retina. El cerebro supone que la luz viajó directamente, en línea recta, desde el objeto hasta el cristalino, aunque, en realidad, la luz se ha reflejado y, por lo tanto, ha cambiado su curso. Mi cerebro percibe un objeto que está dentro del lago. Esto no es más que la imagen virtual, el reflejo de la montaña en el lago, que actúa como un objeto virtual para mi ojo.

The brain always assumes that the light rays came in a straight line directly from the object to our eyes, and this is why we see phenomena such as reflection, bending of pencil underwater and so on. In case of reflection, light from our body bounces off the mirror and reach our eye. Our brain assumes that there is an object behind the mirror, from which this light came. So we perceive some object behind the mirror. What is this object ? Our reflection !

Ahora considere una cámara. Si tomamos una foto del lago de la montaña, veríamos tanto la montaña como el reflejo en la cámara. Tenga en cuenta que si el agua está perfectamente quieta y sin referencias laterales, no podremos saber en la foto cuál es el objeto real y cuál es el reflejo. Recuerde, la imagen virtual actúa como un objeto virtual. Nuestros cerebros simplemente nos engañan haciéndonos creer que este es el objeto real.

Ahora mi pregunta era, ¿por qué podemos ver el reflejo de la montaña en el lago, en la foto de la cámara? Nuestros cerebros asumen que la luz viaja en un camino recto y directo, por lo que podemos percibir que hay algún objeto debajo del lago, es decir, el reflejo o la imagen virtual. Sin embargo, la cámara no es consciente. Entonces, si el reflejo en el lago es visible en la foto, ¿significa que la cámara asume que hay un objeto real debajo del agua? ¿La cámara también trata esta imagen virtual como un objeto real?

¡La respuesta es un NO obvio!

La cámara graba la imagen y nada más. Nuestros cerebros registran la imagen en la retina y la analizan para darnos una sensación de visión, una sensación de dónde está el objeto. Una cámara no hace nada por el estilo. Graba la imagen y listo! No hay percepción ni análisis involucrados.

El reflejo de la montaña aparece en la imagen, ya que al rebotar en la superficie del lago, se volcó antes de llegar a la cámara. La cámara simplemente graba e imprime esta imagen. No extrae ninguna inferencia con respecto a la posición de los objetos: ¡eso es lo que hace nuestro cerebro!

Y dado que nuestro cerebro asume que la luz viaja en un camino recto directamente desde el objeto hasta el cristalino de nuestros ojos, la montaña y su reflejo en el lago, ¡parecen ser 'dos ​​objetos separados' y 'distinguibles' para nosotros!

En el caso de la visión, vemos o más bien percibimos los 'objetos' que forman una imagen en nuestra retina. En el caso de una fotografía de cámara, vemos la imagen que se formó dentro de la cámara, es decir, la imagen que se formó en la retina.

Mucho de esto parece correcto, y es genial que todo tenga sentido. Los rayos de luz de la montaña entran en nuestro ojo o en la cámara por dos vías distintas. Ambos son en realidad imágenes reales, en el sentido de que ambos forman una imagen real en la retina y ambos son igualmente válidos. Es nuestro cerebro, como dices, el que nos hace darnos cuenta de que la montaña al revés no es la forma habitual en que percibimos una montaña. Aunque pudiéramos pararnos sobre nuestras cabezas, entonces podría suceder que la imagen al revés fuera de la montaña 'real' sin reflejo. Así que tienes razón, el cerebro debe interpretar las imágenes.
Todo esto me recuerda a un viejo comediante Harry Worth, que tenía la foto en este enlace al comienzo de su programa, hecha usando un escaparate - en realidad era una película en movimiento, aparentemente podía levantar ambas piernas en el aire al mismo tiempo. ¡tiempo! en.wikipedia.org/wiki/Harry_Worth
@JohnHunter ¡sí! y además, es el cerebro el que parece añadir profundidad, cosa que no hace una cámara. Supongamos que hay un objeto, no directamente en nuestra línea de visión, pero la luz de este objeto rebota en un espejo y nos alcanza. En nuestra retina, hay una imagen bidimensional del entorno, el espejo y el objeto también (en el espejo). Lo que hace nuestro cerebro es, dice, bueno, la realidad debe verse exactamente como la imagen que se ha formado, y todos los objetos deben alejarse de nosotros, en línea recta. Entonces nuestro cerebro asume que el objeto también debe estar frente a nosotros, aunque en realidad no lo esté.
Entonces nuestro cerebro asume que el objeto está dentro del espejo, y eso es lo que vemos. En cierto sentido, solo agrega profundidad a la imagen bidimensional que se forma en la retina. Creo que así es como funciona la visión. El cerebro primero nos convence de que la imagen que se forma en la retina debe ser exactamente como se ve el mundo. Por ejemplo, supongamos que el libro no es visible para nosotros directamente, sino a través de un espejo. Entonces, el libro está ahí, en la imagen que se forma en la retina. El cerebro nos dice, bueno, dado que hay una imagen de un libro en la retina, debe haber un libro en nuestra línea de visión.
Y este libro es el reflejo del original dentro del espejo. Nuestro cerebro también agrega profundidad a esto, por lo que los reflejos parecen estar muy adentro del espejo. Si fuera una cámara, simplemente habría impreso la imagen que se formó. Por eso, las imágenes de reflejos no tienen profundidad. Si nos tomamos una selfie en el espejo, parecería que nuestro reflejo está en la superficie del espejo. Pero si nos miramos en un espejo, nuestro reflejo aparecerá un poco más adentro.
Todo esto parece correcto, pero solo para agregar que la cuestión de la profundidad se debe a que tenemos dos ojos. Si cubrimos uno, entonces es similar a la cámara, probablemente podría mostrarse con diagramas de rayos que la profundidad aparente en el espejo será la misma que para el objeto original. Como mencionó @kkm en un comentario, probablemente podamos arreglárnoslas sin el aporte psicológico del cerebro para explicar la mayoría de estas cosas. Interesante pregunta, todo lo mejor con eso.
¿Cómo percibimos la distancia del objeto en refracción/reflexión?
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