В оконном стекле электрички иногда видны два изображения одного и того же человека или предмета, потому что свет отражается от обеих границ стекла. Часть лучей возвращается от поверхности, обращённой в салон, а часть проходит внутрь материала и отражается от противоположной стороны. Второй луч проходит немного другой путь, поэтому отражение может быть смещено относительно первого. Обычно одно изображение ярче, а второе выглядит как слабый призрак.
Стекло одновременно пропускает и отражает свет
Мы привыкли считать окно прозрачным, но поверхность стекла отражает небольшую часть падающего света. Большая часть проходит сквозь материал, поэтому через окно видна улица. Однако если в салоне темно, а снаружи ярко, отражение слабее и почти незаметно. Когда на улице темно, а внутри горит свет, отражённые лучи становятся заметнее. Поэтому вечером в вагоне легко увидеть своё лицо поверх пейзажа.
Обычный лист стекла имеет две границы: воздух соприкасается с его внутренней поверхностью, затем луч проходит через стекло и выходит с противоположной стороны. При каждом переходе света между средами меняется направление части лучей, а часть отражается обратно. Именно поэтому один кусочек стекла способен дать несколько отражённых лучей, хотя мы обычно различаем только один.
Ближнее, более яркое отражение формируется преимущественно на поверхности, обращённой к пассажиру. Более слабое возникает от дальней стороны стеклянного слоя. Пока свет проходит туда и обратно, он теряет часть интенсивности, поэтому вторичный образ обычно бледнее. Толщина стекла и угол, под которым человек смотрит на окно, влияют на расстояние между изображениями.
Почему отражение немного смещено
Если смотреть строго перпендикулярно к плоскому стеклу, два отражения могут почти совпасть. При взгляде под углом лучи от передней и задней поверхности выходят в немного разных направлениях. Глаз воспринимает эти направления как два близких положения предмета. Чем толще стеклянный слой и острее угол наблюдения, тем заметнее может быть разделение.
В электричке стекло иногда состоит из нескольких слоёв или имеет конструкцию с воздушным промежутком. Тогда отражающие границы находятся дальше друг от друга, а пассажир может увидеть несколько слабых изображений. Не все вагоны используют одну конструкцию окон, поэтому число и яркость отражений меняются. Наклон стекла, покрытия и состояние поверхности тоже влияют на результат.
В физике и фотографии такие слабые повторные контуры часто называют призрачными отражениями. Они могут быть полезными: по характеру смещения исследователи распознают, что в кадре наложились отражённый и прошедший через окно свет. В двойных оконных стёклах отдельные поверхности способны создавать смещённые копии отражённой сцены. Но в вагоне мы замечаем эффект без камеры, когда наблюдаем силуэт на тёмном окне.
Почему одно изображение ярче другого
На границе воздуха и стекла часть света отражается, а остальная проходит дальше. Доля отражённого света зависит от показателей преломления материалов и угла падения. При обычных условиях стекло отражает лишь часть света, а не работает как зеркало. Второй луч проходит через поверхность несколько раз, поэтому на каждом переходе часть энергии теряется. В итоге ближнее изображение часто оказывается более контрастным.
Угол может изменить соотношение яркостей. На некоторых поверхностях отражение усиливается при косом взгляде, поэтому окно иногда превращается почти в зеркало. Поляризационные свойства света также меняются при отражении. Именно поэтому поляризационный фильтр камеры способен уменьшить отражение от стекла при одних углах и почти не помочь при других.
Если внутри вагона очень светло, а снаружи темно, яркое салонное освещение многократно отражается в окне и перекрывает внешний вид. Если выключить часть ламп или поднести к стеклу тёмную ткань, отражённый фон станет слабее и улицу будет видно лучше. Так работают простые приёмы, используемые при съёмке через окно. Само отражение в зеркале возникает по тому же общему правилу возвращения световых лучей от поверхности; подробнее это объяснено в статье почему в зеркале возникает отражение.
Почему поездное окно отличается от зеркала
Зеркало специально устроено так, чтобы отражать большую долю света. У него есть отражающий слой, нанесённый на стекло или расположенный за ним. Оконное стекло, напротив, должно прежде всего пропускать свет, поэтому отражает слабее. Однако если в поле зрения темно, даже слабое отражение может казаться отчётливым, поскольку конкурирующее изображение улицы почти исчезает.
Стеклопакет тоже содержит несколько прозрачных поверхностей. В нём каждая граница потенциально отражает часть света, хотя покрытия и угол наблюдения могут уменьшить яркость лишних образов. В материале о том, как выбрать стеклопакет, рассматриваются его слои и свойства для дома. Окна транспорта проектируют с учётом прочности и безопасности, поэтому их конструкция может отличаться от бытового окна.
Если поднести предмет близко к стеклу, его отражение часто становится виднее. Важны освещённость предмета и то, что находится за окном. Когда глаза фокусируются на отражённом образе, пейзаж может размываться; когда внимание переключается наружу, отражение уходит на второй план. Это не означает, что отражение физически исчезло: меняется фокусировка и то, какой слой зрительная система считает главным.
Как увидеть два отражения
Попробуйте в сумерках встать у окна с небольшим фонариком или включённым экраном телефона. Смотрите на его изображение под косым углом: иногда рядом с ярким контуром появится более слабая копия. При изменении положения головы расстояние между копиями может измениться. На тонком стекле они могут сливаться, а на толстой панели или многослойном окне разделение заметнее.
Не всякое двойное изображение в окне происходит только из-за двух поверхностей стекла. Два слоя отражения могут сочетаться с другими причинами: внешним фонарём, внутренним стеклом вагона, соседним окном или движением самого наблюдателя. Если объект за стеклом тоже отражается от панели, в кадре смешиваются реальный пейзаж и несколько отражённых сцен.
Поэтому два лица в оконном стекле – простое следствие того, что прозрачная поверхность не идеально пропускает весь свет. Несколько границ раздела создают несколько слабых копий, а толщина материала и угол наблюдения разводят их по положению. Чем темнее за окном и ярче в салоне, тем легче заметить этот оптический эффект.
