水の入ったコップの中でスプーンが折れ曲がって見える

光は水中では空気中よりゆっくり進みます。そのため、水面を斜めに通る光は、境界で進む向きが少し変わります。水に沈んだスプーンから来た光も、水面で一度折れ曲がってから目に入ります。ところが脳は、光が折れ曲がってきたことを別に計算せず、入ってきた方向をまっすぐ逆にたどって物の位置を判断します。そのため、沈んだ部分は実際より浅く、少しずれた場所にあるように見えます。水から出ている柄の部分は光がまっすぐ届くので本来の位置に見え、二つの部分が水面でずれることで、折れ曲がったように見えるのです。

コップを真上から見下ろすと、折れ曲がりはほとんど見られません。光が水面をほぼ垂直に通り、向きが大きく変わらないからです。視線が斜めになるほど折れ曲がり方が大きくなり、食卓に座って横から見ると、沈んだ部分が大きくずれて見えます。丸いコップを横から見るときは、水の入ったコップが凸レンズのように光を集め、沈んだ部分がより太く見えることもあります。頭の高さを変えると、折れ曲がって見える場所も一緒に動きますが、スプーンは最初の位置にそのままあります。

スプーンが折れ曲がって見えるので、光も水中で弧を描くように曲がって進むと思いがちです。しかし、光は水中でも空気中でもまっすぐ進みます。向きが変わるのは、水と空気が接する水面の一か所だけです。そのため、折れ曲がって見える場所もスプーンの途中のどこかではなく、いつも水面の高さになります。

同じ理由で、水底は実際より近くに見えます。真上から見ると、深さ1.2mのプールの底が90cmほどの深さにあるように見え、斜めに見るほどさらに浅く見えます。渓流や海辺で足が届くと思って入って驚くのもこのためなので、水が澄んでいるほど、思ったより深いと考えるほうが安全です。水の外にいる昆虫に水を吹きかけて落とすテッポウウオは、このずれまで考慮して狙いを定めるという観察研究もあります。