自分の影が柱の影に近づくと、柱の影が自分に向かって伸びてくるように見えることがあります。
この影が触れ合う現象の奇妙なところは、まるで片方の影が磁石になってもう片方の影を引き寄せているような感じ、あるいは表面張力があるような感じがすることです。
水に触れたとき、指を水から離しても(表面張力によって)しばらく指にくっついたままになるのと同じような現象です。
ただし、影には表面張力はなく、磁気もありません。
いったい何が起こっているのでしょうか？
以下に、「シャドウブリスター効果」と呼ばれ、光源と影、レンズの形状などがかかわって起こす幾何学的なおもしろい現象について紹介します。
手前か後方かで近づく影は異なる
影ではなく、画像内の焦点が合っていない物体で同じ現象が起こる興味深い例をいくつか紹介します。
遠くのものに焦点を合わせ、手の前に指を置くと、手が指に向かって外側に伸びるように見えます。
しかし、指を手の甲の後方に当てると、指が手に向かってに伸びるように見えます。
最初、私はこの現象が光の波動性、屈折、干渉などと何か関係があるのではないかと考えました。
しかし、実際はもっと簡単です。
少し直感に反するかもしれませんが、これは単純な幾何学です。
問題はこれです。
シャドウブリスター効果
この接触影現象は影のブリスター効果とも呼ばれ、光源がそこから異なる距離にある2つの物体を照らす場合に、隣接する2つの物体の影が互いに向かって広がるように見える現象です。
遠くにあるものは単独で1つの影を落とし、近くにあるものは別の影を落とします。
そして、それらの影が近づくと、近くの物体の影が遠くの物体の影を遮り、影が融合したように見えるのです。
しかし、光源が点ではなく範囲が広かったり、複数あったりする場合は、興味深いことになります。
光源からさまざまな部分がわずかに異なる影を落とし、それが重なり合って組み合わさり、ぼやけた影が作成されるからです。
最初に1つのライトをオンにし、次に別のライトをオンにし、さらに別のライトをオンにすると、このことがわかります。
複数の影がぼやけて1つのぼやけた影になります。
影の中心となる暗い部分は、光源のあらゆる場所からの光が遮られている部分です。
影のぼやけた端は、光源の一部が遮られ、他の部分が通過している部分です。
そして影の外側の明るさは、光源のすべての部分が遮られることなく届く部分です。
影のブリスター効果による幾何学的形状は、光に近い物体が遠くの物体を影にするために移動すると、その物体が最初に遮る影が、ぼかしの内側の暗い端に当たる影になることを意味します。
次に、さらに遠くにある影を遮断し、影が完全に結合するまで、遠くにあるオブジェクトの影を拡大します。
言葉で説明するのは少し難しいのですが、視覚化したり、実際の光と影で直感的に確認する方がわかりやすいでしょう。
これは単に、光源にはある程度の光の領域があり、物体は光から異なる距離にあるという事実によるものです。
特に、屋外の影でこの効果が見られるのは、太陽が点の光源ではなく、屋外の影がぼやけているからです。
キーワードは「ボケ」
点の穴が現れる理由を確認するもう1つの良い方法は、遠くにある物体を小さな穴に置き換えることです。 これにより、光線が物体を通過するときに反転することが明らかになります。
どの光線がどれであるかがわかるように、光線を異なる色で表示してみましょう。
したがって、より近い物体が光を遮るように移動すると、影は逆に遮られます。
これは反対側の影にある小さな穴です。
本質的には、カメラや目にも同じ小さな穴が発生しますが、その効果は光源のサイズではなく、レンズの開口部のサイズによって発生します。
点光源からの光線は、レンズによって一点に集束され、その後再び発散します。
したがって、イメージセンサー、または、網膜をその点のすぐ前または後ろに置くと、点光源のイメージは円形に広がります。
これがぼやけた画像のボケ（ぼやけて見える状態）の原因です。
光源とレンズの間に別の物体を置くと、ボケた円をつくりだす最も外側の光線が遮られ、反対側のボケが縮小します。
同じ側のように見えますが、レンズは画像を反転することを覚えておく必要があります。
つまり、遮蔽物（しゃへいぶつ：何かを覆い隠したり遮るもの）の像は、ここに現れ、それに対して反対側からボケが縮小します。
手のように広がったぼやけた物体の場合、最終的な結果は、手と指の間を透過する光によるボケ全体が縮小し、手が指に向かって膨らんでいるように見えることですが、実際に縮小しているのはボケです。
ところで、指はどうやって膨張するように見えるのでしょうか？
指が膨張するように見える理由
遠くにある手は、指からレンズに届く光を遮ったり影響を与えたりすることはできません。
光を遮っているのは指なのです。
色付きの教科書を使った別の例でさらに分かりやすく説明します。
近くの緑の教科書を近づけるにつれて、近くの教科書が外側に膨らんでいるように見えますが、その膨らみは遠くの教科書と同じオレンジ色です。
それは、本と本の間の縮小したボケによって明らかになり、遠くにある教科書の、いくぶん奇妙な蜃気楼のような光景です。
焦点を近くに置きすぎると近くの物体が膨らんだり大きくなったりしますが、焦点を遠くに置きすぎると遠くの物体が膨らみます。
いずれにしても、ふくらみの色は、背景が暗い場合にその場所に表示される色と同じです。
その光は常にレンズに届きます。
通常は、明るい背景の明るいボケによって圧倒されてしまいます。いいかえれば、明るい背景にぼやけた指が重なると、ふくらみができます。
しかし、暗い背景に対しては、指が多かれ少なかれただ単に重なっているように見えるだけです。
ここで見ているものは、反発や引力ではなく、レンズを通過する光線の幾何学によって説明されます。
要約すると、ぼやけた指やぼやけた影には表面張力はなく、磁気も帯びていません。
ただ、影とレンズの形状が少し奇妙にかかわっているのです。
隣接する影がよっていくようにみえるシャドウブリスター効果については以下の動画で見ることができます。