鱼的眼睛看到的世界是怎样的?
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发布时间：2022-04-26 13:34
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时间：2022-06-28 16:14
霍金说：我们怎么知道我们感知到的“现实”是真实的？金鱼看见的世界与我们所谓的“现实”不同，但我们怎么能肯定它看到的就不如我们真实？据我们所知，就连我们自己说不定终其一生，也在透过一块扭曲的镜片打量周遭的世界。
金鱼看到的世界为什么跟我们所谓的现实不同呢？因为金鱼的眼睛跟我们的不一样，看到的世界也就不一样。就像用广角镜头，用红外线望远镜看世界一样，镜头内的成像跟我们裸眼看到的世界区别很大。
鱼看到的世界不仅与你看到的不一样，不同种类的鱼儿看到的世界也互不相同。
世界上鱼的种类有33600种，超过了哺乳动物、鸟类、爬行动物和两栖动物全部加起来的总和。其中超过3万种鱼类是硬骨鱼，包括鲨鱼在内的软骨鱼只有1300种。
从高山溪流到深海海沟，从雨林沼泽到极地海洋，无论是垂直高度，还是平面区域，鱼儿生活的范围都远远超过了我们。跟生活环境密切相关，生活在不同环境中的鱼儿拥有不同的眼睛，所见也不同。
鱼眼跟我们的眼睛有什么不同？
结构上，鱼儿的眼睛跟你的很像，不过它们没有眼睑，也没有泪腺。你需要泪水滋润眼球，还会经常眨眼去除眼球表面的细微灰尘。生活在水里的鱼儿不存在这个麻烦，包围住它们的水流时刻在滋润清洗着鱼儿的眼球，它们用不上眨眼和泪水。
1、聚焦
视觉上，鱼儿的视力不如你的视力好。原因是，你在空气中看世界，而鱼在水里看世界。
鱼儿和你能看到世界全凭光线，光线的照射让我们看见了物体。光线在不同的媒介中，传播速度不同。以光在真空中的传播速度为标准，光在空气中的传播速度跟在真空中差不多，但在水里的传播速度要慢，速度只有空气传播速度的四分之三，也就是0.75。当光线从空气进入水里时，因为传播速度不同，会发生折射。折射是当光线穿越不同介质时发生的方向改变，我们把折射率定义为光线在介质中速度比值的倒数。光在空气中没有折射，折射率为1，而光在水中的折射率为1.333（=1/0.75）。折射率越高，光的速度越慢。
你在看物体时，光线经过了两次折射才聚焦到视网膜上，角膜和晶状体是你的聚焦工具。眼球最外层的角膜有圆润的弧度，平行光线从角膜表面进入角膜内部时，发生第一次折射，转折向中心聚集。然后，聚集的光线通过折射率略大于水的晶状体，发生第二次折射，再次聚焦，最后成像落在视网膜上。
简单地说，当你看见光线时，光线先是在空气中传播，而后在含水的眼睛里传播。
上图是人眼聚焦图。光线经过角膜的第一次折射后，聚集起来，然后你通过改变晶状体的形状来精确聚焦。要看清远处的风景，你控制晶状体的肌肉会放松，连接晶状体的悬韧带扩张，拉伸晶状体变平，聚焦远处。要看清近处的字画，睫状肌压缩，悬韧带回收，压迫晶状体变凸，聚焦近处。
鱼儿生活在水里，光线直接在水里传播，进入含水的眼睛，省略了在空气中传播的一次折射。跟你看物体不一样，光线通过鱼儿的角膜时，没有发生折射。鱼儿全靠调节它的晶状体来聚焦，而且鱼儿调节晶状体的方式跟你调节的方式也不一样。
上图是人眼和鱼眼的对比图。你的晶状体是块有弧度的薄片，弹性很好，能压缩拉伸。鱼儿的晶状体是个球，很僵硬，不能改变形状。鱼儿在聚焦时，不会像你一样改变晶状体的形状，鱼儿直接前后移动晶状体的位置来聚焦。要看远处风景时，硬骨鱼收缩控制晶状体的肌肉，把晶状体尽量往后拉，靠近视网膜。不过让鱼儿前后移动晶状体的位置有限，这意味着，晶状体调节受到位置*的鱼儿看不了太远，它们都是近视眼。
在空气通透，阳光明媚的好天气，你能看到20公里的远方。在水源清澈，光线合适的平静湖泊，视力最好的鱼儿能看到50米的远方，而大多数鱼儿都只能看清方圆10米之内的物体。
鱼儿看不了太远，但是能看清距离很近的东西。你看不清在你鼻子面前3厘米处的虫子，鱼儿就能看清。圆球形的晶状体还给鱼儿带来了长景深的观感，当它聚焦在5米远的地方时，5米之后的物体也能看清楚，就像鱼眼镜头里面的成像一样。不过鱼眼能看清的范围有限，看不清鱼眼镜头里的蓝天白云。另外鱼眼只能看清视野中间的物体形状，视野边缘的物体会变形。
鱼儿没有眼睑，晶状体调节位置有限，加上鱼儿的瞳孔很大，不能缩小（除了鲨鱼，鲨鱼能调节瞳孔大小），影响了它对光线的适应性。你对光线的适应性很强，从黑暗的电影院走到阳光下，眯一会儿眼，缩小瞳孔，一分钟就能适应光线变化。可是鱼儿不行，你在黑夜里把客厅的灯打开，鱼缸里的鱼儿会先躲到阴影处，至少要等上30分钟才能适应强光。湖泊里的鱼儿最爱微光，在清晨、傍晚和阴天时，它们更加活泼好动。
虽然鱼儿的视力远不如你，还怕强光，但是它的视野比你的广阔。
2、视野
你的双眼位于前方，有出色的视觉，但你看不到侧边的物体。而鱼儿的眼睛长在脑袋的侧面，左右隔开，每只眼睛能看到侧边180度的范围。在双眼视线重叠的正前方，鱼儿能看清空间距离。
如果你闭上一只眼睛，只用单眼看世界的话，会发现很难确定物体距离你有多远，就连弯腰捡起掉落在地板上的铅笔时，都会错位。只有睁开两只眼睛一起看，才能精确把握距离。就像打羽毛球或乒乓球，如果你两只眼睛的视力差距很大，又没戴眼镜调节的话，会影响接球动作，因为有视差，你不能准确定位球的位置。
鱼儿跟你一样，单眼看到侧边的物体时，不能很好地判断距离远近。只有物体出现在双眼都能看到的正前方，才能把握距离的远近。而在捕食虫子和虾米时，确定位置很关键。鱼儿视野覆盖范围很广，不过也有盲点，它的正后方区域是视线覆盖不到的地方。你徒手捉鱼时，从它的后面下手最为妥当。
鱼儿除了有比你更广阔的视野外，它还能看到你看不见的色彩。
3、色彩
你的视网膜里有2种感光细胞，一种是视杆细胞，用来分辨明暗。另一种是视锥细胞，用来分辨色彩。视锥细胞分3种，感红细胞，感绿细胞，感蓝细胞，分辨不同的色彩。红绿蓝是光的三原色，调配组合后你能看到五颜六色的大千世界。（注：光的三原色跟调色板上红黄蓝的颜料三原色不同。）
大部分的鱼儿眼里的视锥细胞有4种，比你多了一种感知紫外线的细胞。大多数的鱼儿能看到你看不见的紫外线，它们的可视光谱比你的更宽。
上图是生活在珊瑚礁里的2种雀鲷鱼，上方的是安波鱼（ambon damselfishes），下方的是柠檬（lemon damselfishes），长成一模一样的明*，没法区分。但如果一条柠檬鱼进入安波鱼的领地，立刻会被安波鱼驱逐。安波鱼怎样辨认出异族柠檬鱼？昆士兰大学团队用带滤光片的镜头看到了雀鲷鱼的秘密。
上图是带滤光片的镜头拍下的照片，上方是安波鱼，下方是柠檬鱼。滤光片阻挡了其它波长的光，只留下紫外线照射在鱼儿的身上。照片上你可以看到安波鱼和柠檬鱼的脸颊上长着不同的图案，脸颊的复杂图案在紫外线的反射下能看到，你用裸眼看不到，而鱼儿能看到，这是它们独特的防伪标志。
除了紫外线外，有些鱼儿还能看到红外线，偏振光，它们的可视光谱超过人类太多。
上图是能看见紫外线的金鱼眼中的世界，它看到的色彩比你看到的更玄幻。
广袤海洋，从浅水到深水，从热带到极地，不同环境下的鱼儿拥有不同的眼睛，现在来看看剑鱼和鲨鱼的眼睛有什么不同。
剑鱼
剑鱼的血是冷的，但它的眼是热的。
天越冷，你的行动越迟钝。在冬天的冷风中回个微信，手指冻僵了连打字都不利索。水里的鱼儿跟你一样，寒冷会阻碍它们大脑和肌肉的功能，延长反应时间。面对寒冷，以速度取胜的剑鱼，为了保持自己锐利的目光，演化出给眼睛加热的能力。
剑鱼的眼睛周围有个加热器官，把血液加热后提供给眼睛和大脑，让冷血的剑鱼拥有温暖的目光和思维。在只有3℃的冰冷海洋，剑鱼的眼睛温度能提高10℃到15℃。加温的眼睛工作速度比冷血眼睛要快上10倍，追踪猎物不在话下。
冷血的剑鱼，身体温度跟随环境变化。水流带走热量的速度远大于空气，为了单独给眼睛加热，保持温度，剑鱼消耗了不少的能量。在3万多种鱼类中，只有22种鱼类拥有加热眼睛的能力。
鲨鱼
同样是捕猎高手的鲨鱼跟剑鱼一样，也会加热眼睛，此外，鲨鱼还有一种剑鱼比不上的夜视能力。
鲨鱼喜欢在夜间捕食，它们拥有一双透视暗夜的眼睛。
鲨鱼的视网膜后面有层反射膜，叫做绒毡层透明质。光线透过视网膜照射到透明质上，能重新反射到视网膜上，让鲨鱼的夜视能力加倍。猫咪的眼睛里也有这层反射膜，到了夜晚闪闪发光。如果鲨鱼深夜在陆地上行走，你也能看到它们黑夜里发亮的双眼。
真实世界
鱼儿看到的世界跟你看到的不同，哪一个更真实？
无论是鱼儿还是你，看到的世界都是真实的，没有谁比谁更高级。实际上，你跟鱼儿一样，看到的世界只是真实的一部分。除了眼见为实的图像外，还有很多看不见的真实物体同时存在。
从星空到深海，人类一直在探索着看得见和看不见的世界。真实世界像一张巨大的拼图，每一个新发现是拼图的一块单片。一块块的单片积累起来，我们能逐渐拼接成完整的真实世界。
期待有一天，不再像霍金先生说的那样：“透过扭曲的镜片打量世界”，我们能完完整整地看清楚真实世界。
我们的征途是星辰大海，一直在路上，从未改变。
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