إذن أنت تحت الماء: لماذا ترى دائرة الضوء تلك فوقك؟

هل سبق لك أن جلست في قاع حوض السباحة وتأملت سقفك المائي؟ معظم السطح عبارة عن طبقة من اللون الأزرق الفاتح، ولا يمكنك الرؤية من خلالها، على الرغم من أن المياه صافية. لكن فوقك مباشرة، هناك نافذة مستديرة من الشفافية.

وإليك الشيء الرائع: من خلال هذا الخاتم يمكنك الحصول على منظر عين السمكة الذي لا يظهر لك السماء فحسب، بل الأشياء الموجودة حول جانب حمام السباحة، مثل الأشجار أو الأشخاص الذين يحتسون ماي تاي على سطح حمام السباحة. هذا التأثير البارد ناتج عن الخصائص البصرية للماء، وله اسم: نافذة سنيل.

يمكنك رؤية هذا حتى لو كنت لا تقضي الكثير من الوقت تحت الماء. ربما، مثلي، تفضل مشاهدة مقاطع فيديو لصيد الأسماك بالرمح على موقع يوتيوب. فيما يلي مثال جميل لنافذة Snell من قناة YBS Youngbloods (ينقلك الرابط مباشرةً إلى مقطع الاهتمام الذي تبلغ مدته 15 ثانية).

شيء واحد مثير للاهتمام يجب ملاحظته هناك: أثناء نزول الغواص (برودي) ومصور الكاميرا، يبدو أن النافذة تظل بنفس الحجم. فماذا تسأل؟ حسنًا، فكر في الأمر: إذا قمت بتصوير نافذة في منزلك أثناء تراجعك عنها، فسوف تبدو أصغر حجمًا.

في الواقع، نافذة سنيل بدأت في التبلور أكبر— انظر كيف يملأ الغواص الموجود على السطح كمية أقل وأقل منه؟ ولكن على عكس النافذة أو أي شيء آخر على الأرض الجافة، فهي الزاوي الحجم، كما تراه عينك، يبقى كما هو مع زيادة المسافة.

أسرار الأعماق! هناك بعض الفيزياء الجميلة وراء كل هذا، لذلك دعونا نتحقق من ذلك، أليس كذلك؟

الانكسار وقانون سنيل

بما أن الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية، فهو لا يحتاج إلى وسط حتى “يموج” (على عكس الصوت). وهذا يعني أنه يمكن أن ينتقل عبر الفضاء الفارغ – كما يفعل ضوء الشمس، لحسن الحظ بالنسبة لنا. بما أن الضوء ينتقل بسرعة 3x 10⁸ متر في الثانية، وتستغرق هذه الرحلة من الشمس إلى الأرض حوالي ثماني دقائق.

لكن شيئًا ما يحدث عندما يدخل الضوء إلى وسط شفاف مثل غلافنا الجوي: فهو يتباطأ. يقوم الهواء بإبطائها بنسبة 0.029% فقط، ولكن عندما يدخل الضوء إلى الماء فإنه يفقد حوالي 25% من سرعته. إنه مثل الطريقة التي تبطئ بها سرعتك عندما تركض من الشاطئ إلى المحيط، لأن الماء أكثر كثافة من الهواء.

يختلف فرق السرعة هذا باختلاف الوسائط، ويتم وصفه من خلال معامل الانكسار الخاص به (ن) وهي نسبة سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعته في مادة معينة. كلما زاد معامل الانكسار، كان انتقال الضوء أبطأ في ذلك الوسط. في الهواء، ن = 1.00027. في الماء، ن = 1.333. في الزجاج، ن = 1.5

ولكن هذا هو الأمر: يؤدي تغيير السرعة أيضًا إلى حدوث اتجاه من الضوء للتغيير. وهذا في الواقع ما نعنيه بـ “الانكسار”. تراه عندما تنظر إلى القشة في كوب من الماء: جزء القشة الموجود تحت الماء لا يتطابق مع الجزء الموجود أعلاه. لماذا؟ إن انحناء الضوء من الجزء الموجود تحت الماء يجعلك تراه في مكان ليس كذلك.