Александр Супин - Этот обыкновенный загадочный дельфин

Ну а как же водные животные, например рыбы, — они тоже не могут хорошо видеть под водой, как и мы? Нет, у них-то проблемы отсутствуют. Природа позаботилась о том, чтобы они все видели как следует. Для этого понадобилось всего лишь сделать намного более толстым и выпуклым хрусталик: у рыб он имеет вид не относительно тонкой линзы, как у нас, а сильно выпуклого шарика. Преломляющая способность такой сильно выпуклой линзы даже в жидкости достаточна, чтобы получить хорошее изображение на сетчатке и при отсутствии дополнительного преломления света на роговице. Но зато животное с такими глазами не сможет хорошо видеть в воздухе: тут к преломляющей способности хрусталика добавится дополнительное преломление на выпуклой поверхности роговицы. Теперь уже преломляющая способность оптики глаза окажется чрезмерной, и хорошего изображения на сетчатке опять не получится.

Выходит, что если глаз хорошо приспособлен для зрения в воздухе, то он не может и не должен так же точно видеть под водой, а если глаз хорошо видит под водой, то плохо видит в воздухе. Вроде бы так и должно быть: вода и воздух — среды с довольно-таки разными оптическими свойствами, стало быть, и требования к оптике глаза они предъявляют совершенно разные. Либо одно, либо другое. Такой вывод вполне логичен и соответствует основным законам оптики.

У дельфинов хрусталик глаза сильно выпуклый этим он напоминает хрусталик рыб. Значит, его глаз приспособлен для подводного зрения. Действительно, рас четы показывают, что под водой, то есть при отсутствии преломления света на роговице, хрусталик глаза дельфина обеспечивает как раз такое преломление света, которое необходимо для получения хорошо сфокусированного изображения на сетчатке. А что же получается в воздухе? Для специалистов-оптиков не составило труда подсчитать, как должно измениться зрение дельфина, когда в воздухе добавляется эффект роговичной линзы. При той кривизне, которую имеет центральная часть роговицы дельфина, глаз должен быть близорук на 20—25 диоптрий! Тот, кто сам страдает близорукостью и носит очки, может себе представить, что это такое. Даже при близорукости в 3—5 диоптрий очень трудно обходиться в повседневной жизни без очков, а в 10 диоптрий — это уже очень серьезная болезнь. Но близорукость в 25 диоптрий, да еще без очков (а никто и никогда еще не видел дельфина в очках) — это практически полная потеря возможности различать какие-либо предметы.

Но дельфины, видимо, ничего не знают ни о нашем выводе, ни о результатах наших вычислений, поскольку ухитряются прекрасно видеть и в воздухе, и под водой. Как же это им удается, уж не вопреки ли законам оптики? Нет, конечно. Законы оптики, как и другие законы природы, дельфины не отменили. Просто они умело их используют.

Вспомним, как мы сами поступаем, когда ныряем под воду и при этом мечтаем увидеть ясно подводный мир. Очень просто: для этого мы надеваем нехитрое приспособление — маску для ныряния, и наши глаза немедленно приобретают способность четко видеть. Но у маски для ныряния есть еще одно замечательное свойство, к которому те, кто ею пользуется, привыкли и обычно не обращают на него внимания: позволяя хорошо видеть в воде, маска не лишает нас и способности отчетливо видеть в воздухе! Когда пловец выныривает и поднимает голову над водой, ему совсем не нужно снимать маску, чтобы осмотреться вокруг. С маской мы одинаково хорошо видим и в воздухе, и под водой.

Чтобы понять, почему это возможно, разберемся в том, как действует маска ныряльщика. Исправляет наше зрение, конечно, не сама маска — кусок резины и плоское стеклышко. Все дело в том пузыре воздуха, который остается под маской, между водой и нашими глазами, точнее, в форме этого пузыря. Одна сторона воздушного пузыря та, которая обращена к выпуклой роговице глаза, — искривленная, а другая — та, которая ограничивается стеклом маски, — плоская. В этой плоской стороне воздушного пузыря весь секрет. Если глаз вместе с маской находится в воздухе, то лучи света попадают в глаз точно так же, как если бы никакой маски перед глазами не было: перед маской воздух и под ней — тоже воздух, а тонкое стекло — не в счет. Поэтому глаз все видит совершенно нормально, как ему и положено видеть в воздухе. Если же человек в маске погружается под воду, то происходит следующее. Когда лучи света проникают из воды в воздух, находящийся под маской, то они не сходятся и не расходятся, потому что поверхность воздуха между водой и воздухом плоская, а не искривленная, она не может играть роль линзы. А уж потом из воздуха, находящегося под маской, лучи света попадают в глаз, преломляясь при этом именно так, как и должны преломляться для получения хорошего изображения. Если стекло маски сделать не плоским, а выпуклым или вогнутым, все будет испорчено: при переходе из воды в воздух световые лучи изменят свое направление, передняя стенка воздушного пузыря сработает как дополнительная и совершенно не нужная линза, и в результате хорошего изображения не получится.

Так вот в чем секрет универсального зрения, пригодного в равной мере для воздушной и для водной среды! Поверхность, перед которой вода сменяется воздухом и наоборот, должна быть не выпуклой, а плоской. Тогда ни при каких условиях эта поверхность не будет действовать как линза, а значит, вся остальная оптическая система глаза будет одинаково работать и в воздухе, и под водой. Этот же принцип, кстати, используется и при конструировании фотоаппаратов для подводной съемки. Если у кого-нибудь есть такой фотоаппарат, обратите внимание: передняя поверхность его объектива не выпуклая, а плоская. Поэтому такой фотоаппарат может использоваться и как обычный для фотографирования в воздухе, и для подводной съемки.

Между прочим, аналогия с маской для ныряния дает ответ и на вопрос о том, почему острота зрения под водой у дельфина хоть немного, но все же лучше, чем в воз духе. Дело в том, что из-за разницы оптических свойств воздуха и воды изображение, которое возникает на сетчатке глаза под водой, всегда немного больше, чем когда глаз находится в воздухе. Могу опять сослаться на опыт всех тех, кто когда-нибудь нырял с маской под воду: они прекрасно знают, что под водой все предметы кажутся немного увеличенными, как будто их рассматривают через увеличительное стекло. Это не какое-то особое свойство нашего глаза, это универсальный закон оптики; точно так же увеличенным окажется изображение на фотопленке подводного фотоаппарата. Можно даже совершенно точно сказать, во сколько раз изображение под водой будет больше (или, если хотите, наоборот — изображение в воздухе меньше): в 1,33 раза; эта величина выражает соотношение оптических плотностей воды и воздуха. Значит, и глаз, и фотоаппарат даже при идеальной фокусировке должны быть в состоянии рассмотреть под водой детали изображения в 1,33 раза более мелкие, чем в воздухе. Но ведь именно таким оказалось соотношение остроты зрения у дельфина в воде (9 угловых ми нут) и в воздухе (12 минут): 12:9= 1,33. Замечательное совпадение! Значит, на самом деле глаз дельфина приспособлен к зрению в воздухе ничуть не хуже, чем к зрению в воде, а небольшая разница в подводной и воздушной остроте зрения — лишь неизбежное следствие оптических законов.