Багато хто і не підозрюють, яким надзвичайним здавався би світ, якщо б ми стали розглядати його з-під води: він повинен представлятися спостерігачеві зміненим і спотвореним майже до невпізнання.
Уявіть, що ви занурені у воду і дивіться з-під водній скатертини надводний світ. Хмара, що висить у небі прямо над вашою головою, анітрохи не змінить свого виду: стрімкий промінь не заломлюється. Але всі інші предмети, промені яких зустрічають водну поверхню під гострими кутами, здаються спотвореними: вони немов стискатимуться по висоті - тим сильніше, чим гостріше кут зустрічі променя з водною гладдю. Це і зрозуміло: увесь світ, видимий над водою, має вміститися в тісному підводному конусі; 180 градусів повинні стиснутися майже вдвічі - до 97, і зображення неминуче будуть спотворюватися. Предмети, промені яких зустрічають водну гладь під кутом 10 градусів, стискаються у воді настільки, що майже перестають розрізнятися. Але все більше вразив би вас вигляд самої водної поверхні: з-під води вона видається зовсім не плоскою, а й формі конуса! Вам здасться, що ви знаходитесь на дні величезної воронки, боки якої нахилені один до одного під кутом трохи більше прямого (97 градусів). Верхній край цього конуса оточений чорним кільцем з червоною, жовтою, зеленою, синьою і фіолетовою облямівок. Чому? Білий сонячне світло складається з змішання променів різних квітів; кожен рід променів має свій показник заломлення, а тому і свій «граничний кут». Наслідком цього є те, що при розгляданні з-під води предмет здається оточеним ореолом із строкатим кольорів веселки.
Що ж видно далі, за межами цього конуса, що містить у собі весь надводний світ? Там розстеляється блискуча поверхню води, в якій, як у дзеркалі, відображаються підводні предмети.
Абсолютно надзвичайний вид придбали б для підводного спостерігача ті предмети, які частиною занурені у воду, частиною ж виступають над нею. Нехай у річку занурена водомерная рейка (рис. 1). Що спостерігач побачить, поміщений під водою, в точці А?
Малюнок 1. Вид полупогруженной водомірної рейки для підводного спостерігача, око якого поміщений в А.
У вугіллі 2 видно, що в туманних обрисах, занурена частина рейки. У вугіллі 3 - відображення її від внутрішньої поверхні води. Ще вище видно виступаюча частина рейки в скороченні, і притому відокремлена від іншої її частини проміжком. У вугіллі 4 відображається дно. У вугіллі 5 видно весь надводний світ у формі конічної труби. У вугіллі 6 видно відображення дна від нижньої поверхні води. У вугіллі 1 неясне зображення дна.
Розділимо досліджуване ним простір - 360 градусів - на дільниці і займемося кожною ділянкою окремо. В межах кута 1 він побачить дно річки, - якщо тільки, звичайно, воно достатньо освітлено. У вугіллі 2 він побачить підводну частину рейки без спотворень. Приблизно у вугіллі 3 він побачить відображення тієї ж частини рейки, тобто перевернуту занурену половину її (згадайте, що було сказано про «повному внутрішньому відбитті»), Ще вище підводний спостерігач побачить виступаючу частину рейки, - але вона не складе продовження підводного, а переміститься набагато вище, абсолютно відокремившись від свого заснування. Зрозуміло, спостерігачеві в голову не прийде, що ця витає рейка становить продовження першої! До того ж рейка здасться сильно стиснутій, особливо в нижній частині - там поділу будуть помітно зближені. Дерево на березі, затопленому розливом, має з-під води здаватися таким, яким воно зображено на рис. 2.
Малюнок 2. Як видається з-під води полузатопленное дерево (пор. з рис. 1).
А якби на місці рейки знаходився чоловік, то з-під води він представився б фігурою рис. 3. У такому вигляді плавець повинен здаватися рибам! Для них ми, йдучи по дрібному дну, раздваиваемся, перетворюємося на дві істоти: верхнє - безногое, нижнє - безголова з чотирма ногами! Коли ми віддаляємося від підводного спостерігача, верхня половина нашого тіла все сильніше стискається в нижній частині; на деякій відстані майже всі надводне тулуб пропадає, залишається лише одна вільно реющая голова...
Малюнок 3. Як плавець, занурений до грудей у воду, представляється підводного спостерігачеві (пор. з рис. 2).
Можна чи безпосередньо на досвіді, перевірити ці надзвичайні висновки? Пірнаючи під воду, ми побачили б дуже мало, навіть якщо б і привчили себе тримати очі відкритими. По-перше, водна поверхня не встигає заспокоїтися в ті секунди, які ми здатні провести під водою, а крізь схвильовану поверхню важко розрізнити. По-друге, як ми вже пояснили раніше, заломлення води мало відрізняється від заломлення прозорих середовищ нашого ока, і на сітківці виходить, тому дуже неясне зображення; навколишнє буде здаватися туманним, розмитим. Спостереження з водолазного дзвони, шолома або через скляне вікно підводного човна також не могло дати бажаних результатів. У цих випадках, як ми вже роз'яснили, - спостерігач хоча і знаходиться під водою, але зовсім не в умовах «підводного зору»: перш ніж вступити в його очей, промені світла в цих випадках, пройшовши скло, знову вступають, у повітряне середовище і, отже, відчувають зворотне заломлення; при цьому або відновлюється попередній напрямок променя, або ж він отримує новий напрям, але у всякому разі не те, яке мав у воді. Ось чому спостереження з скляних вікон підводних приміщень не можуть дати правильного уявлення про умовах «підводного зору».