Helligkeit ist nicht das, was sie zu sein scheint.

Das Licht, das von einer Fläche deine Netzhaut erreicht, hängt von zwei miteinander multiplizierten Dingen ab:

light reaching the eye = reflectance of the surface × light falling on it

Der Reflexionsgrad ist der Bruchteil des Lichts, den die Fläche zurückwirft (weißes Papier reflektiert das meiste, Holzkohle nur wenig). Die Beleuchtung kann sich stark verändern – von hellem Sonnenlicht bis zu tiefem Schatten. Die Netzhaut kann die beiden Faktoren nicht anhand einer einzigen Zahl voneinander unterscheiden. Wenn eine Fläche dunkel wirkt: Ist das Papier grau, oder ist es weiß und liegt im Schatten?

Dein Gehirn muss das entscheiden und nutzt dafür den Kontext. Das Ergebnis nennt man Helligkeitskonstanz: Ein weißes Blatt sieht im Schatten weiterhin weiß aus, und schwarze Kohle sieht in der Sonne weiterhin schwarz aus, obwohl ein weißes Blatt im Schatten dein Auge tatsächlich mit weniger Licht erreichen kann als schwarze Kohle im Sonnenlicht.

Die Schachbrett-Schattenillusion, die durch den Sehwissenschaftler Edward Adelson berühmt wurde, zeigt diesen Trick. Ein Zylinder wirft einen Schatten auf ein Schachbrett. Ein Feld außerhalb des Schattens sieht dunkel aus und ein Feld innerhalb des Schattens hell – und doch haben die beiden Felder auf dem Bildschirm genau denselben Grauton. Dein Gehirn erkennt, dass sich das zweite Feld im Schatten befindet, und korrigiert dafür. Deshalb wirkt derselbe Pixelwert heller. Diese Korrektur ist ein Teil davon, wie du siehst, und funktioniert deshalb auch dann, wenn du die Antwort kennst.

Zwei weitere Helligkeitseffekte entstehen dadurch, wie benachbarte Bereiche miteinander wechselwirken:

• Simultankontrast: Dasselbe Grau sieht auf einem hellen Hintergrund dunkler und auf einem dunklen Hintergrund heller aus.
• Mach-Bänder: Wenn ein gleichmäßiger Helligkeitsverlauf auf eine gleichmäßige Fläche trifft oder wenn die Stufen einer grauen Treppe aufeinandertreffen, siehst du auf der hellen Seite der Kante einen dünnen helleren Streifen und auf der dunklen Seite einen dunkleren Streifen – obwohl solche Streifen im Bild gar nicht vorhanden sind. Sie sind nach dem Physiker und Philosophen Ernst Mach benannt, der sie in den 1860er-Jahren beschrieben hat. Eine häufige Erklärung lautet, dass benachbarte Nervenzellen einander hemmen. Dadurch werden Kanten schärfer.