⚛ 物理

鱼眼里的世界:为什么岸上的人在鱼看来都是歪的

看完这篇你会知道光为什么会在水面"拐弯",以及鱼眼中的岸上世界究竟有多扭曲

把一根筷子插进水里,你会发现它"断"了——水面上直挺挺的,水面下却向旁边弯过去。这个让人觉得"眼睛在撒谎"的现象,鱼每天都在经历,而且比你看到的还要夸张得多。

光走到水里为什么会"拐弯"?

光在空气里跑得很快,进入水里之后,就像一辆车从高速公路开上了泥泞小路,速度一下子慢了下来——大约只有原来的四分之三。问题是,光不是垂直扎进水里的,它通常是斜着射进来的。这就好比一队士兵并排跑步,左边的腿先踩进泥地,速度慢下来,右边的腿还在快跑,整支队伍就自然而然地往左转了。光也一样,斜着进入水中时,会朝垂直水面的方向偏折过去。这个现象有个正式名字叫折射,但你完全可以把它理解成:光在"换跑道"的时候打滑拐了个弯。

鱼抬头看,到底看到了什么?

从鱼的角度来看,麻烦就大了。岸上的人、树、天空,发出的光全都要斜着穿过水面才能到达鱼眼睛里。每一束光在穿过水面时都会拐弯,而且入射角度不同,拐的程度也不一样。结果就是:原本站得直直的一个人,光线到了鱼眼里已经"东歪西倒"地重新排列过一遍,看起来当然就变形了。

更有意思的是,鱼能看到岸上的范围其实非常有限。所有来自空气的光,进入水后都会被"压缩"进一个圆锥形的窗口里,这个窗口的张角大约只有97度。也就是说,不管鱼在哪个方向看,整个岸上的世界都只挤在眼前这个圆圆的"窗"里,越靠近边缘的东西,被拉扯变形得越厉害,甚至能扭曲成完全认不出来的形状。水面以上的世界,对鱼来说就像一张被人用力拽过的照片。

这件事对我们有什么用?

折射这件事可不只是让鱼看东西变形这么简单。渔民老早就知道:用鱼叉叉鱼的时候,不能对着看见的鱼直接扎下去,因为那个位置是"光拐弯之后骗你的假位置",真正的鱼其实在偏下方一点。相机镜头、眼镜、望远镜,甚至医院里做手术用的内窥镜,都在利用光折射的原理来放大、弯曲、传递图像。每次你戴上眼镜,镜片里发生的事和水面下那条鱼眼前发生的事,其实是同一种物理现象在背后捣鬼。

下次你站在鱼缸旁边,不妨想想:鱼眼里的你,可能正长着一张被拉成麻花的脸——而它还以为那就是你本来的样子。