從水底下看世界

1、從水底下看世界許多人都想不到 ,如果我們從水底下來看世界 ,世界會(huì)是怎樣不平凡：它在觀察者的眼里會(huì)變得差不多不能被認(rèn)出來了。設(shè)想你是在水底下 ,抬著頭在看水面上的世界。那些在你頭頂上浮著的云是一點(diǎn)也不會(huì)改變形狀的：因?yàn)樨Q直的光線是不會(huì)折射的?？墒撬衅渌矬w ,只要它們射出的光線成銳角地和水面相遇 ,它們的形象就會(huì)被歪曲：它們好似位置越低的被壓縮得越緊光線和水面相遇所成的角度越小 ,擠得越利害。這也是可以理解的：水面上所見的世界既然全部都應(yīng)該容納在那個(gè)狹小的水底下的圓錐體里 ,一條180的弧既然應(yīng)該縮短到差不多一半 ,彎成一條97的弧 ,那末形象也就自然要被歪曲了。從物體射出的光線如果用100

2、左右的角和水面相遇 ,物體在水里的像會(huì)被壓縮得幾乎認(rèn)不出來了?？墒亲钍鼓愠泽@的是水面本身的形狀：從水底下往上看的時(shí)候 ,它們完全不是平的 ,而是一個(gè)圓錐形！在你看起來 ,你是站在一個(gè)大漏斗的底部 ,而漏斗的壁是用比直角稍微大一些的角度97彼此傾斜著的。這個(gè)圓錐體的上部邊緣圍著由紅、黃、綠、藍(lán)、紫等顏色組成的彩色圈。為什么會(huì)這樣呢？白色的陽光是由各種顏色光組成的 ,每一種顏色光都有自己的折射率 ,因此也就有自己的“臨界角。就是因?yàn)檫@個(gè)緣故 ,從水底下往上觀察的時(shí)候 ,物體也好似是圍著彩虹的光圈了。那末在這個(gè)包含著整個(gè)水面上世界的圓錐體的邊緣以外 ,還可以看到些什么呢？那里展開著一片發(fā)光的水面 ,

3、它像鏡子一樣 ,會(huì)反映水底下的各種物體。對水底下的觀察者說來 ,形狀最特別的是局部浸在水里局部露在水面上的物體。讓我們在河里插一根量水深淺的標(biāo)桿圖266。這時(shí)候 ,眼睛在水底下A點(diǎn)的觀察者會(huì)看到些什么呢？我們現(xiàn)在把四周能被他看到的地方棗360分成幾個(gè)區(qū) ,然后對每一個(gè)區(qū)分別進(jìn)行研究。在視野1的界限里 ,如果河底的亮度足夠的話 ,他能看到河底。在視野2里 ,他能毫不歪曲地看到標(biāo)桿的在水面下的局部。在視野3里 ,他大約會(huì)看到標(biāo)桿的同一局部的反映像 ,也就是標(biāo)桿的浸在水里局部的倒影請記住 ,這里所說的是“全反射。再高些 ,水底下的觀察者會(huì)看見標(biāo)桿的在水面上的局部但是它并不和水底下的局部相連接 ,而是

4、移到高得多的位置上 ,跟下面的局部完全脫離開。不用說 ,觀察者一定想不到這個(gè)懸在空中的標(biāo)桿就是原先那段標(biāo)桿的延長局部！這一局部的標(biāo)桿顯然已經(jīng)大大地被壓縮了 ,特別是它的下面一局部那里的幾條刻度線顯然已經(jīng)十分接近了。河岸上被洪水淹沒了一半的大樹 ,從水底下看的時(shí)候 ,就應(yīng)該像圖267里所畫的那種樣子。如果在豎標(biāo)桿的地方立著一個(gè)人 ,那末從水里看出來 ,這個(gè)人的形狀會(huì)跟圖268里所畫的一樣。下水洗澡的人 ,在魚的眼睛里就應(yīng)當(dāng)是這種樣子的！在魚看來 ,在淺灘上行走的人是被分成了兩截的 ,變成了兩個(gè)動(dòng)物：上一截沒有腳 ,下一截沒有頭 ,卻有4只腳！當(dāng)我們從水底下的觀察者魚的旁邊走開的時(shí)候 ,我們的上半

5、局部身體就會(huì)越下越縮短。等我們走了一段距離以后 ,幾乎全部水面上的身體都會(huì)消失只剩下一個(gè)空懸著的人頭這些不尋常的結(jié)論 ,我們能不能直接用實(shí)驗(yàn)來印證一下呢？可惜到了水里以后 ,即使我們能在水里睜開眼睛 ,也看不到很多東西。首先 ,我們在水里只能夠逗留幾秒鐘 ,而在這些時(shí)間里水面是來不及恢復(fù)平靜的；要透過動(dòng)亂的水面來看清物體 ,當(dāng)然是困難的。第二 ,前面已經(jīng)講過 ,水的折射率跟我們眼睛的透明局部的折射率很少分別 ,因此在視網(wǎng)膜上出現(xiàn)的物像極不清楚 ,周圍的一切看上去都會(huì)模糊不清。從潛水鐘、潛水帽或是從潛水艇的玻璃窗里向外看 ,也是不能看到所要看的東西的。在這些情況下 ,我們已經(jīng)講過 ,觀察者雖然是

6、在水底下 ,卻跟“水下觀察的情況不一樣：因?yàn)樵谶@些情況下 ,光線在進(jìn)入我們眼睛以前 ,先要穿過玻璃再到空氣里 ,因此 ,它就要受到相反的折射。受到相反的折射以后 ,光線或是恢復(fù)了原來的方向 ,或是取得了新的方向 ,但是總不會(huì)保存住它在水里所取的方向的。這就是為什么從水下室的玻璃窗向外看 ,也不能得到“水下觀察的正確概念。不過我們沒有必要親身去水底下 ,從水里看水面上的世界。可以利用一種內(nèi)部裝滿水的特別照相機(jī)來研究“水下觀察。這種照相機(jī)不用鏡頭 ,代替它的是一種中間鉆著小孔的金屬片。很容易明白 ,假設(shè)光孔和感光底片之間的全部空間都裝滿水 ,那末外面世界映在底片上的像 ,就應(yīng)當(dāng)跟水底下的觀察者所看到的像一樣。用這種方法可以得到極有趣的照片 ,圖260就是這樣得到的照片之一。至于水底下的觀察者眼里所看到的水面上的物體 ,形狀所以會(huì)那樣歪曲例如直的鐵路橋在照片上變成了弧形 ,我們在講到池的平底為什么看上去好似是凹形的時(shí)候 ,已經(jīng)講過了。還有一種方法可以直接看到水底下的觀察者眼里的水面上世界：可以把一面鏡子沉在一池平靜的水里 ,適當(dāng)?shù)厥圭R子傾斜 ,就可以在里面看到水面上物體的反映像。利用這些觀察法得到的結(jié)果 ,在一切細(xì)節(jié)方面 ,都可以證明上面那些理論上的見解是正確的。由此可見 ,水里的眼睛和水外