Відображення в зіниці і «чарівні» скла

У фільмі «Шерлок Холмс і доктор Ватсон» знаменитий сищик каже, що перевірив, чи правда в зіниці жертви залишається зображення вбивці, і прийшов до висновку, що це повна ^{нісенітниця}. Однак у зіницях живої людини цілком може відбиватися те, на що вона дивиться, — наприклад, на цих фотографіях у зіниці відображаються фотограф і смартфон, на який вона знімає.

Але ж зіниць — це порожнє місце, отвір, через який в око потрапляє світло! Там якраз нічого немає! Як же тоді виходить відображення? І чому саме там, у зіниці, відображення виходить навіть краще (як видно на фотографіях), ніж від райдужної оболонки ока — кольорового кільця, що оточує зіниць?

Перш ніж читати далі, спробуйте самі відповісти на ці запитання!

***

В одному із завдань у минулому номері «Квантика» читачів запитували, як може бути влаштовано «одностороннє дзеркало»: з одного боку воно пропускає світло, як вікно, а з іншого — відображає, як дзеркало.

У московському музеї «Експериментаніум» є такий експонат — «Чарівне скло». По обидва боки від нього — по стільцю, біля кожного стільця — лампочка. Дві людини сідають навпроти один одного, і один з них включає свою лампу. І ось дива: той, хто в тіні, бачить через скло того, хто включив лампу і висвітлив себе; а той, хто включив лампу… бачить своє відображення. Для одного скло прозоре, для іншого — це дзеркало.

Але якщо лампу ввімкне інший, а перший вимкне — вони поміняються ролями! Насправді скло звичайне. Секрет у тому, що будь-яке скло пропускає не все світло, що падає на нього; невелику частину світу воно відображає. З того боку, де лампа, на скло падає багато світла; більша його частина проходить крізь скло і потрапляє, в тому числі, в очі того, хто сидить в темряві. Ось він і бачить те, що за склом, — як у вікні. Але невелика частина, відображена назад, потрапляє в очі тому, хто освітлений, — це небагато, і його відображення виходить неяскравим, але ж нічого іншого з тієї, тіньової, сторони йому в очі не потрапляє!

А що буде, якщо друга людина теж включить лампу? Для нього самого мало що зміниться — адже основна частина «нового» світла піде через скло до його напарника. А ось напарник вже не буде бачити власного тьмяного відбиття на яскравому тлі того, хто за склом.

«Одностороннє дзеркало» є і у вас вдома; але воно працює як дзеркало не завжди, а тільки ввечері або вночі. Це вікно. Вдень ви добре бачите через скло вулицю, людей на ній, сусідні будинки… Віконне скло майже без спотворень пропускає вуличне світло. А ввечері, коли на вулиці темно, ви, підійшовши до того ж вікна, бачите своє відображення!

Тепер зрозуміло, чому: вдень на вулиці світла багато, і на тлі яскравої вулиці ми не бачимо свого зовсім слабенького відображення. Темним вечором з вулиці ніякого світла не приходить, а в кімнаті світло — ось ви і бачите відображення кімнати. Причому себе ви, швидше за все, побачите тільки у вигляді силуету — адже ви стоїте обличчям до вікна, і обличчя ваше навряд чи освітлене. Чим ближче ви до вікна, тим темніше ваше відображення. Однак якщо ви вимкнете в кімнаті світло — вікно знову перестане бути дзеркалом…

До речі, з екраном телефону або комп’ютера та ж історія — коли він вимкнений, а ви добре освітлені, його можна використовувати як дзеркало. А «справжніх» односторонніх дзеркал у природі не буває: якщо світло проходить через якесь середовище в один бік, воно може проходити і в зворотний.

Де ще працює цей ефект? Ті, хто вчиться малювати, знають, що вікна будинків зовні виглядають вдень темними, а ввечері — світлими. Причина та ж сама: вдень зовні світліше, ніж всередині, тому від віконних скла відбивається більше світла, ніж проходить через них зсередини. І ви, звичайно, самі здогадаєтеся, чому яскравим сонячним днем нехороша людина, яка підглядає в чужі вікна, змушений впритул притискатися до скла лобом, а ввечері в освітленій кімнаті і люди, і предмети видно здалеку.

Тепер повернемося до запитання про відображення на фотографіях очей, яке ми поставили на початку цієї статті. Світло, що падає зовні, відбивається не від самої зіниці, а від поверхні ока. Точніше, від тонкої плівки рідини, потрібної для захисту від пилу, вітру, сонця тощо. Чому ж відображення в зіниці чіткіше і контрастніше, ніж навколо нього, адже над райдужною оболонкою та ж плівка? Саме тому, що в цьому місці за плівкою — пустота², з глибини ока назовні ніякі промені не приходять. Як з вікна при погляді на темну нічну вулицю. І ніщо не заважає нам розгледіти відображення на чорному тлі. А райдужка і сама відображає світло, що пройшло через плівку і потрапило на неї — завдяки цьому ми її бачимо. Цього «фонового» світла більше, ніж відбитого від плівки; тому на яскравій райдужці слабеньке відображення від рівної поверхні плівки малопомітне.

До речі, на більш світлій і яскравій блакитній райдужці відображення видно гірше, ніж на коричневій: чим темніше фон, тим менше від нього «своїх» кращих і тим краще для відображення.

Синім показано світло, що йде від райдужної оболонки, а червоним — світло від предмета (фотографа), відбите поверхнею плівки. Жовті — «сторонні» промені світла від інших предметів. На тлі яскравої райдужки відображення малопомітне («червоний» промінь слабше «синього» і може бути не видно на його тлі), а від області зіниця інших променів, крім «червоного», не виходить, тому відображення добре видно

А ось вам ще питання: чому це в дзеркалі, або на рівній поверхні води, або на гладкій поверхні металу ми бачимо відображення, а при погляді на інші поверхні (ось на райдужку, наприклад, або на власну руку) бачимо самі ці поверхні?

Фото   Художник

Олексій Вайнер

¹ У повісті Конан Дойля «Етюд у багрових тонах», за якою знято фільм, такого епізоду немає. Придумали його творці фільму або взяли з якогось іншого твору Конан Дойля — автору невідомо.

² Чесно кажучи, не зовсім порожнеча: перед зіницею є ще рогівка, прозора «нашльопка» — лінза, що покриває зіниць разом з райдужкою. І сам зіниць, який дійсно являє собою дірку в райдужній оболонці, заповнений рідиною. Але для нашого завдання це несуттєво, хоча і дуже важливо для нормальної роботи очі: всі ці середовища прозорі і не відображають, а тільки пропускають світло всередину.