Was ist der Stroboskopeffekt?
Der stroboskopische Effekt ist ein Phänomen der visuellen Wahrnehmung des Menschen, bei dem gezeigt wird, dass Bewegung von einem Gehirn interpretiert wird, das nacheinander diskrete Bilder empfängt und diese mit automatischen Aliasen für zeitliche Kontinuität zusammenfügt. Kurz gesagt, Bewegung ist ein Artefakt. Ob mit einer blinkenden Lichtquelle oder durch Öffnen und Schließen einer Blende, ein Blitz kann steuern, was das Auge von einem sich bewegenden Objekt sieht. Obwohl sich jedes Netzhautbild tatsächlich bewegt, wird es als stationär empfunden, wenn es sich um das Bild eines Objekts an derselben exakten Position handelt. Die stroboskopische Steuerung von sich wiederholenden oder vorhersagenden Bewegungen, wie z. B. die Drehung eines Rades, kann eine optische Täuschung erzeugen, die der wahren Bewegung vollständig widerspricht.
Das erste Stroboskop war ein neuartiges Spielzeug, bei dem ein Lampenschirm mit aufeinanderfolgenden Bildern von etwas in Bewegung gedreht wurde, beispielsweise der Gang eines Pferdes, während ein anderer äußerer Lampenschirm mit einer Reihe von radialen Sichtschlitzen in die entgegengesetzte Richtung gedreht wurde, wodurch die Illusion erzeugt wurde eines bewegten Standbildes. Bei Kinofilmen wird dasselbe Prinzip bei einem Projektorlicht und einem Objektiv mit einem Hochgeschwindigkeitsverschluss angewendet, der eine lange, sich drehende Rolle aufeinanderfolgender Standbilder abwechselnd beleuchtet und verdeckt. Rotierende oder oszillierende Spiegel können ebenfalls den Stroboskopeffekt erzeugen. Elektronische Blitzlichter, die erstmals 1931 erfunden wurden, sind Lampen, die Gase enthalten, die sich mit einer Geschwindigkeit entladen, die durch die Frequenz oder den Wechsel der Polarität des elektrischen Stroms eingestellt wird. Fluoreszierende Beleuchtung ist in der Tat ein Blitz, der mit einer Geschwindigkeit ein- und ausgeschaltet wird, die der Mensch nicht erkennen kann.
Forscher hatten vor langer Zeit herausgefunden, dass Menschen mit 24 Bildern pro Sekunde unmerklich reale Bewegung wahrnehmen - eine höhere Rate führt zu keiner Verbesserung der Wahrnehmung, und eine geringere Rate erzeugt eine erkennbare Illusion von Bewegung. Aus dieser Beobachtung entwickelten sich eine Reihe von Theorien. Eine davon ist die diskrete Rahmentheorie, die davon ausgeht, dass diese Rate mit der physikalischen Geschwindigkeit neuronaler Impulse korreliert und dass jedes Signal ein Standbild einer Momentaufnahme der Netzhaut darstellt. Das menschliche Gehirn stellt dann subjektiv Bewegung her, indem es die aufeinanderfolgenden Bilder durch zeitliches Aliasing verarbeitet und die leeren Momente mit Geisterbildern sowohl nach festverdrahteten Gesetzen als auch nach gelernten Regeln von Raum und Zeit füllt.
Dieser theoretische Rahmen ist die am meisten akzeptierte Erklärung für den stroboskopischen Effekt. Menschen sehen keine körperliche Bewegung; Vielmehr interpretiert das Gehirn Bewegungen auf der Grundlage schneller, aber dennoch episodischer Netzhautinformationen. Der Effekt wird am deutlichsten durch sich wiederholende - auch zyklisch bewegende - Objekte demonstriert. Eine sinnvolle Analogie ist, dass eine Person, wenn alle 60 Sekunden ein Foto einer funktionierenden Uhr aufgenommen wird, zu Recht, wenn auch fälschlicherweise, zu dem Schluss kommen kann, dass der Sekundenzeiger kaputt ist und sich nicht bewegt hat. Jedes solche Objekt, dessen Bewegung stroboskopisch perfekt synchronisiert ist, scheint sich nicht zu bewegen.
Aus diesem visuellen Phänomen extrapoliert: Wenn eine mit 24 Bildern pro Sekunde arbeitende Videokamera ein sich 23-mal pro Sekunde drehendes Autorad oder einen entsprechenden Bruchteil davon aufnimmt, erfasst jedes aufeinanderfolgende Videobild das Rad an einer Position, die nur ein bisschen hinter einem Vollbild zurückliegt Revolution seines vorhergehenden Bildes. Die Einzelbild-Beweise zeigen deutlich, dass sich das Rad rückwärts bewegt hat, und in der Tat wird die menschliche Sicht wahrnehmen, dass es sich mit einer Umdrehung pro Sekunde rückwärts gedreht hat. Die optische Täuschung, die in Filmen mit Pferdekutschen bekannt ist, wird als "Wagenradeffekt" bezeichnet und tritt bei jeder Videoaufnahme eines sich drehenden Objekts in unterschiedlichem Maße auf.
Der stroboskopische Effekt kann an anderer Stelle beobachtet werden. In Tanzclubs populär gemacht, animiert ein Licht, das relativ langsam blitzt, die Tanzbewegungen einer Person in scheinbar langsamer Bewegung. Ein Rennwagenmotor, der sich mit 9.000 Umdrehungen pro Minute dreht, kann mit einem Blitzlicht synchronisiert werden, um den statischen Zustand des Motors bei dieser Drehzahl einzufrieren und zu analysieren. Ein Springbrunnen mit bekannter Durchflussrate kann angezeigt werden, um der Schwerkraft scheinbar zu trotzen, indem er mit einem zeitlich versetzten Blitz beleuchtet wird. Aus dem Stroboskopeffekt abgeleitete Prinzipien, wie die Abtastrate und Aliasing-Algorithmen von einer Probe zur nächsten, wurden auf optische Vorrichtungen, wie Pulslaser, angewendet, die eine sich drehende digitale Datenplatte lesen.