Мир из-под воды

Многие и не подозревают, каким необычайным казался бы мир, если бы мы стали рассматривать его из-под воды: он должен представляться наблюдателю измененным и искаженным почти до неузнаваемости.

Рис.119. Дуга надводного мира в 180 градусов сокращается для подводного наблюдателя до дуги в 97 градусов

Вообразите, что вы погружены в воду и смотрите из-под водной скатерти в мир надводный. Облако, висящее в небе прямо над вашей головой, нисколько не изменит своего вида: отвесный луч не преломляется. Но все остальные предметы, лучи которых встречают водную поверхность под острыми углами, представляются искаженными: они словно сожмутся по высоте - тем сильнее, чем острее угол встречи луча с водной гладью (рис. 119). Это и понятно: весь мир, видимый над водой, должен уместиться в тесном подводном конусе: 180° должны сжаться почти вдвое - до 97°, и изображения неизбежно будут искажаться. Предметы, лучи которых встречают водную гладь под углом в 10°, сжимаются в воде настолько, что почти перестают различаться. Но всего более поразил бы вас вид самой водной поверхности: из-под воды она представляется вовсе не плоской, а в форме конуса! Вам покажется, что вы находитесь на дне огромной воронки, бока которой наклонены друг к другу под углом немного больше прямого (97°). Верхний край этого конуса окружен радужным кольцом из красной, желтой, зеленой, синей и фиолетовой каемок. Почему? Белый солнечный свет состоит из смеси лучей разных цветов; каждый цвет лучей имеет свой показатель преломления, а потому и свой "предельный угол". Следствием этого является то, что при рассматривании из-под воды предмет кажется окруженным пестрым ореолом из цветов радуги.

Что же видно далее, за краями конуса, заключающего в себе весь надводный мир? Там расстилается блестящая поверхность воды, в которой, как в зеркале, отражаются подводные предметы.

Вид водомерной рейки для подводного наблюдателя

Совершенно необычайный вид приобрели бы для подводного наблюдателя те предметы, которые частью погружены в воду, частью же выступают над ней. Пусть в реку погружена водомерная рейка (рис. 120). Что увидит наблюдатель, помещенный под водой, в точке А? Разделим обозреваемое им пространство (360°) на участки и займемся каждым участком отдельно. В пределах угла 1 он увидит дно реки, если только, конечно, оно достаточно освещено. В угле 2 он увидит подводную часть рейки без искажений. Примерно в угле 3 он увидит отражение той же части рейки, т. е. перевернутую погруженную половину ее (вспомните, что сказано было о "полном внутреннем отражении"). Еще выше подводный наблюдатель увидит выступающую часть рейки,- но она не составит продолжения подводной, а переместится гораздо выше, совершенно отделившись от своего основания. Разумеется, наблюдателю в голову не придет, что эта витающая рейка составляет продолжение первой! К тому же рейка покажется сильно сжатой, особенно в нижней части,- там деления будут заметно сближены. В угле 4 отражается дно. В угле 5 виден весь надводный мир в форме конической трубы. В угле 6 видно отражение дна от нижней поверхности воды. Дерево на берегу, затопленном разливом, должно из-под воды казаться таким, каким оно изображено на рис.121.

Рис. 121. Как представляется из-под воды полузатопленное дерево (ср. с рис. 120)

А если бы на месте рейки находились купальщики, то с точки зрения наблюдателя из-под воды (например, рыб) каждый из них как бы раздваивался, превращался в два существа (рис. 122): верхнее - безногое, нижнее - безголовое с четырьмя ногами! Когда купальщик удаляется от подводного наблюдателя, верхняя половина его тела все сильнее сжимается в нижней части; на некотором расстоянии почти вся надводная половина туловища пропадает,- остается лишь одна свободно реющая голова...

Pus. 122. Как купальщики, погруженные до груди в воду, представляются подводному наблюдателю (ср. с рис. 120)

Можно ли непосредственно, на опыте, проверить эти необычайные выводы? Ныряя под воду, мы увидели бы очень мало, даже если бы и приучили себя держать глаза открытыми. Во-первых, водная поверхность не успевает успокоиться в те немногие секунды, какие мы способны провести под водой, а сквозь волнующуюся поверхность трудно что-либо различить. Во-вторых, как мы уже объяснили ранее, преломление воды мало отличается от преломления прозрачных сред нашего глаза, и на сетчатке получается поэтому неясное изображение; окружающее будет казаться туманным, размытым. Наблюдение из водолазного колокола, шлема или через стеклянное окно подводной лодки также не может дать желаемых результатов. В этих случаях,- как мы также уже разъяснили,- наблюдатель хотя и находится под водой, но вовсе не в условиях "подводного зрения": прежде чем попасть в его глаз, лучи света в этих случаях, пройдя стекло, вновь попадают в воздушную среду и, следовательно, испытывают обратное преломление; при этом либо восстанавливается прежнее направление луча, либо же он получает новое направление, но во всяком случае не то, которое имел в воде. Вот почему наблюдения из стеклянных окон подводных помещений не могут дать правильного представления об условиях "подводного зрения".

Однако нет надобности быть самому под водой, чтобы познакомиться с тем, каким кажется мир из-под воды. Условия подводного зрения можно изучать с помощью особой фотографической камеры, которая внутри наполнена водой. Вместо объектива пользуются при этом металлической пластинкой с просверленной в ней дырочкой. Легко понять, что если все пространство между отверстием и светочувствительной пластинкой наполнено водой, то внешний мир должен изобразиться на пластинке в таком виде, в каком рисуется он подводному наблюдателю. Этим способом американский физик Вуд и получил чрезвычайно любопытные фотографии, одну из которых мы воспроизвели на рис.115. Что касается причины искажения формы надводных предметов для подводного наблюдателя (прямые линии железнодорожного моста получались на фотографии Вуда в виде дуг), то мы указали на нее, когда объясняли, почему плоское дно пруда кажется вогнутым.

Есть и другой способ непосредственно познакомиться с тем, каким кажется мир подводным наблюдателям: в воду спокойного пруда можно погрузить зеркало и, дав ему надлежащий наклон, наблюдать в нем отражение надводных предметов. Результаты таких наблюдений подтверждают во всех подробностях те теоретические соображения, которые изложены выше.

Итак, прозрачный слой воды между глазом и предметами вне этого слоя искажает всю картину надводного мира, придает ему фантастические очертания. Существо, которое после жизни на суше очутилось бы в воде, не узнало бы родного мира,- так изменился бы он при, рассматривании из глубины прозрачной водной стихии.