设想你能在水里潜伏无论多久,同时还能睁开眼睛。请问这时候你在那里能看见东西吗?
看起来好像只要水是透明的,在水里看东西就应该和在空气里一样清楚。可是,我们可以回想一下经常所说的隐身人,他所以看不见东西,是因为他眼睛的折射率和空气的折射率相同。我们在水里的时候所有的条件,同隐身人在空气里的条件是接近的。
可以看出,晶状体的折射率只比水大十分之一,而我们眼睛的其他部分的折射率都和水相等。所以在水里,光线在人的眼睛里所形成的焦点是在视网膜的后面很远;因而在视网膜上所显现的物像就一定很模糊,使人很难看清要看的东西。只有非常近视的人才能在水底下比较正常地看到东西。
如果你希望想像一下在水底下看到的东西是什么样子的,那你可以戴上一副度数很大的近视眼镜(双凹透镜)。这时候,被折射到眼睛里来的光线,在视网膜的后面很远的地方形成焦点,结果你看周围就会出现一片模糊。
那么人能不能靠折光很强的眼镜的帮助,在水底下看到东西呢?
眼镜上所用的普通玻璃,在这里不大适用:普通玻璃的折射率是1.5,也就是只比水的折射率(1.34)大一些;这样的眼镜在水里的折射光线的能力非常弱。一定要使用拆光能力极强的特种玻璃(折射率差不多等于2的所谓铅玻璃)。带着这样的眼镜,我们就能大致清楚地在水里看到东西。
现在可以明白,鱼的晶状体为什么会特别的凸出了。鱼有球形的晶状体,它的折射率在我们所知道的一切动物的眼睛当中是最大的。不然的话,这些生活在折光能力很强的透明环境里的鱼类,就差不多等于没有眼睛。
潜水员是怎样看东西的?
有些学生一定会问,如果我们的眼睛在水里几乎不能折射光线,那么穿着潜水服工作的潜水员又是怎样在水底下看东西的呢?要知道潜水员所戴的面具常常是装着平玻璃,而不是装着凸玻璃的。还有,儒勒·凡尔纳的“鹦鹉贝”号里的几位乘客们,能不能透过潜水艇的窗子观赏一下水下世界的风景呢?
新问题也并不难回答。要回答这问题,先要注意:我们没有穿着潜水服到水底下的时候,水是直接同我们眼睛接触的;戴了潜水面具(或者坐在“鹦鹉贝”号的船舱里),眼睛和水之间就隔了一层空气(还有玻璃)。这就在本质上改变了整个情况。从水里来的透过玻璃的光线,先要遇到空气,通过空气以后才进入眼睛。从水里用任何角度射到一块平玻璃上的光线,按照光学原理,在走出玻璃的时候并不改变方向。可是以后从空气进入眼睛的时候,光线当然又会受到折射。在这种条件下,眼晴所起的作用,同在陆地上完全一样。要解答这个使我们觉得迷惑的问题,关键就在这里。可以十分清楚地看见养鱼缸里的游鱼,就是这一点的极好的说明。