明亮的房間和外面的陽光下，為什麼感覺一樣亮？
― 眼睛把200倍的差距，縮小成約6倍
晴朗白天的戶外，和開著燈的房間。兩者都只讓人感覺「差不多亮」。但用儀器測量，兩者差距竟然高達200倍左右。差距並非不存在，而是眼睛把差距縮小給我們看。
白天在房間裡看書，燈也開著，亮度沒有任何不滿。
接著走出玄關，站在陽光下。雖然會覺得「有點刺眼」，但只要瞇一下眼，很快就適應了。
憑感覺來說，頂多覺得「亮了幾倍」。但實際上，房間和陽光下的亮度差距高達200倍左右。
差距之所以感覺不出來，有兩個原因
黑眼珠中央的瞳孔，在明亮處會變小，在昏暗處會變大。直徑上相差約4倍，換算成進入的光量則約16倍，眼睛會自行調節。
即使如此，也只能爭取到16倍的差距。剩下的部分，由眼睛深處和大腦承擔。光量即使變成200倍，感受到的亮度也只會變成約6倍。這就是眼睛縮小差距的方式。
這兩個機制同時運作，讓我們能把從昏暗房間到刺眼陽光下的世界，體驗成一個連續、平常的世界。這是很方便的機制，但也因此，我們很不擅長判斷實際的亮度。
實際亮度的差距，超乎想像
測量亮度的單位叫做「勒克斯（lux）」。晴天的戶外約10萬，陰天的戶外也有約1萬，辦公室桌面約500，家中客廳約100到200。夜晚滿月之下則約為0.25。
最高與最低相差約40萬倍。若用普通刻度畫成一張圖，較低的數值會完全被壓扁而畫不出來。因此圖1採用每前進一格刻度就變成10倍的方式來呈現。
這種「不擅長」會在生活中造成問題
眼睛幫我們縮小差距，讓生活更輕鬆，但也因此，我們常常誤判亮度是否足夠。困擾大致出現在以下3方面。
第一是放在窗邊的觀葉植物，不知為何總是沒精神。人眼看起來已經夠亮了，但植物實際接收到的光量，卻只有戶外的幾十分之一。第二是照片。在室內拍的照片會模糊或偏暗，正是因為眼睛以為的亮度，比實際亮度亮得多。
第三是生理時鐘。一般認為，早晨的光線要達到一定亮度，才能發揮調整身體節律的作用。而室內照明往往達不到這個亮度。看來同樣是「明亮」，對身體而言卻是不同的兩回事。
即使是陰沉的陰天，戶外亮度也有約1萬勒克斯，是明亮房間的約20倍。就算覺得「今天很陰，出去也一樣」，就曬光線這件事而言，走出戶外遠比坐在窗邊有效得多。
如果感受到的亮度和實際亮度完全一致，一走出戶外，原本在室內能看清的高低差和文字濃淡，就會瞬間變成一片死白。一般認為，縮小差距是為了在光照條件劇烈變化的自然環境中，隨時都能辨認出「物體的形狀」的一種巧妙機制。
總結
房間和陽光下的亮度相差約200倍。瞳孔的開合調節了約16倍，剩下的差距則靠壓縮感受本身來補足。就這樣，我們幾乎不必意識到這個差距地生活著。方便之餘，我們對亮度是否足夠的判斷，卻也很不可靠。
眼睛並不是測量亮度的工具。
它是為了在天差地遠的世界中也能看清形狀，而把差距縮小的工具。
關於移到昏暗處後眼睛需要多久才能適應，請參閱從明亮的地方進入昏暗的房間，為什麼會暫時什麼都看不見？；關於陰天戶外其實傳來比想像中更強的光，也請參閱為什麼陰天也會曬傷？。
- 在智慧型手機上安裝能以勒克斯顯示亮度的應用程式。使用相機或光感測器的類型，可以當作大致的參考值。
- 先在房間書桌上測量，記住數字。接著自己先猜猜看「外面大概是幾倍」，再走出玄關到陽光下測量。
- 比較猜測值和實際值。多數人的答案在10倍以內，但實際上應該超過100倍。也可以在陰天、離窗戶1公尺的地方、夜晚室內等情境下試試看，能更清楚感受到差距被縮小的程度。
請不要直接把相機對準太陽測量。這樣不但數字不準確，對眼睛和機器都不好。
想了解更多 ― 用語、公式與教科書的關聯從國中理科到大學專業科目，明確標示是哪個程度的內容
- 國中國中理科所學的範圍
- 高中高中「生物基礎」所學的範圍
- 高中＋高中的進階內容，或教科書專欄介紹的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專業科目（視覺科學、心理物理學）的內容
- 研究連大學都還不會當作「定論」教授、研究者目前仍在探究的內容
國中用語：這個現象有專門的名稱
- 照度：表示某個面接收到多少光的量，單位是勒克斯。本文中所說的「實際亮度」，指的就是這個數值。
- 適應：眼睛的敏感度隨周圍亮度而重新調整。包含瞳孔開合程度的變化，以及眼睛深處細胞敏感度的變化。
- 對數刻度：每前進一格刻度就變成10倍的排列方式。用來把差距懸殊的數字放進同一張圖裡。圖1上方色帶就是這種畫法。
國中高中用公式驗證：200倍的差距如何變成6倍
建立連結感受與實際亮度的公式，並代入數值來追蹤過程。
| 用符號表示 | S ＝ k × E0.33 |
| 用文字表示 | 感受到的亮度 ＝ 常數 × 照度的立方根 |
| 公式的來源 | 史蒂文斯冪次法則，表示刺激強度與感受之間的關係。這是根據讓許多人回答亮度感受的實驗所得出的經驗法則，亮度的指數一般認為在0.33到0.5之間。 |
| 符號的意義 | S 是感受到的亮度（無單位的相對值），E 是照度（單位為勒克斯），k 是比例常數 |
| 晴天戶外的照度 | 約 100000 勒克斯 |
| 光線充足的室內（辦公室桌面）照度 | 約 500 勒克斯 |
| 瞳孔的直徑 | 明亮處約 2 毫米，昏暗處約 8 毫米 |
| 立方後約等於200的數字 | 約為 5.8 |
| 戶外與室內的實際亮度比 | 100000 ÷ 500 ＝ 200 |
| 瞳孔直徑比 | 8 ÷ 2 ＝ 4 |
| 進光量的比（由孔洞面積決定） | 4 × 4 ＝ 16 |
| 假設感受比為5.8，取3次方驗證 | 5.8 × 5.8 ＝ 33.64 |
| 再乘一次 | 33.64 × 5.8 ≒ 195 |
最後算出的195，和一開始的200幾乎相同。也就是說「感受約差6倍」的估計，和實際200倍的差距用立方根公式計算是吻合的。而瞳孔只能爭取到16倍的差距。200倍當中，大部分是由眼睛深處到大腦這一側來縮小的。
高中高中＋光靠瞳孔遠遠不夠
高中瞳孔的開合是由稱為虹膜的環狀肌肉控制的。明亮時收縮、昏暗時放大的動作，是一種不受自身意志控制的反射。生物基礎課程中，會把它當作神經作用的例子來介紹。
高中＋人所能體驗的亮度範圍，據說從星光到正午雪原，相差可達約100億倍。瞳孔能爭取到的16倍，相對於這個範圍只是九牛一毛。剩下的差距，是靠接收光線的細胞本身的敏感度隨時間變化，以及神經迴路的構造——傳遞的不是明暗的絕對值，而是「與周圍的比較」——來填補的。
大學為什麼感受能用冪次來表示
用冪次來表示刺激強度與感受之間關係的想法，稱為史蒂文斯冪次法則。除此之外，還有用對數來表示感受的韋伯-費希納定律，哪一個更貼合實際情況，會因感覺的種類而異。亮度的指數大約在0.33到0.5之間，本文採用立方根來處理。不過這個數值會隨測量方式而變動。在黑暗中看小光點，和在明亮房間中看大面積光源，即使是同一個人，得出的數值也不同。感受法則比較實際的看法，是把它當作各種條件下的近似值。
📖 公式的形式與更深入的內容：日文維基百科「精神物理學」（並列說明冪次法則與對數法則）
研究目前仍不清楚的事
- 影響生理時鐘所需的亮度界線 早晨的光線能調整身體節律，這一點已被廣泛認同。但究竟需要多亮的光照多久才足夠，會因年齡和前一晚的生活方式而異，目前尚未有統一的標準。
- 戶外光線與近視 各國都有報告指出，在戶外活動時間較長的孩童較不容易近視。究竟是亮度本身、看遠方這件事，還是光線的色彩成分在發揮作用，目前仍在討論中。
- 夜間人造光 夜晚接觸的照明對睡眠和身體狀況究竟有多大影響，不同研究結果差異很大，光量與影響之間的關係仍在整理中。
換句話說，本文的內容也是「目前已知範圍內的說明」。照度數值也請當作會因測量地點與時間大幅變動的參考值。
與教科書的關聯（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 本文對應段落 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・光的性質／刺激與反應 | 亮度的單位，以及眼睛接收光線的機制 |
| 高中 | 生物基礎・神經與身體的調節 | 瞳孔開合隨反射變化的內容 |
| 高中＋ | 數學・對數／物理・測光 | 用對數刻度呈現懸殊數值差距的圖1 |
| 大學 | 視覺科學・心理物理學 | 史蒂文斯冪次法則 |
| 研究 | 時間生物學・眼科學 | 生理時鐘所需的亮度、戶外光線與近視 |
| ― | 與生活的關聯 | 室內植物、拍照失敗、早晨外出的效果 |
- 日本產業規格 JIS Z 9110「照明基準總則」（照明基準總則，Forestry and Forest Products Research Institute 等機構制定的規範類似性質）― 針對辦公室、住宅等不同場所訂定建議照度的規格
- S. S. Stevens「On the psychophysical law」Psychological Review（1957）― 以冪次表示刺激強度與感受關係的原始文獻
- 照明學會編『照明ハンドブック』（照明手冊）― 戶外・室內照度的實測數值，以及眼睛適應機制的解說
- 大山正等『視覚心理学への招待』（視覺心理學導論）― 關於亮度知覺與適應的入門書籍
※本文為一般大眾的科學解說。文中數值僅為理解原理所用的參考概算值。照度會因測量地點、時間、天候而有很大差異。若對光線與眼睛或身體狀況的關係有任何疑慮，請諮詢眼科醫師等專業人士。