[Maciej1]

Postanowiłem za Ciebie narysować to co moim zdaniem masz na myśli. O coś takiego chodzi?

Nie. Ale chodzi mi o to jak jest naprawdę. A jest tak:

(Niestety wam słowami wytłumaczyć nie sposób. Trzeba rysować schematy nawet dla kwestii oczywistych!)



Niebieska pozioma linia- granica warstwy (powierzchni wody). Poniżej- jest woda. Powyżej- wody nie ma.
Powyżej- promienie biegną po prostej. Pomijam refrakcję  powietrza (tj. gradient w powietrzu- załóżmy że nie ma żadnego). Chodzi o zrozumienie co się dzieje na granicy warstwy, co wynika z granicy warstwy.
Odcinek DF- odcinek rzeczywisty. Jest to dowolny, czyli każdy odcinek (bo długość tego odcinka- dowolna). Tu zaznaczono przykładowo, akurat w takim położeniu. Proszę sobie przemyśleć znaczenie słów "dowolny" ("każdy").
Odcinek DF- można dowolnie powiększać, przesuwając punkt F w dół (np. kolega w wodzie ma "coraz dłuższe nogi" ), w kierunku "nieskończoności". Nie istnieje "rzeczywisty odcinek nieskończony". Nie ma czegoś takiego. Ani w geometrii, ani w świecie realnym. Ale ponieważ punkt F możemy dowolnie przesuwać w dół to mówi się, że długość DF przy takim przesuwaniu w dół "dąży do nieskończoności".
Załóżmy, że oko ma widzenie w zakresie 180 stopni w pionie (od góry do dołu). To co u góry- pomijam. Tam z założenia promienie się nie załamują. Z założenia- tam u góry jest ośrodek jednorodny. 
Rozważmy więc zakres kąta 90 stopni od poziomu oka (odcinek/linia g) i w dół o 90 stopni. Czyli od tego poziomu (linia g) do "nieskończoności w pionie, w dół".

Sytuacja pierwsza: nie ma wody => nie ma załamania promienia. Wówczas światło biegnie po promieniach czerwonych. Rzeczywistość (rzeczywiste odcinki na osi y) od punktu C do "nieskończoności w dół" rzutuje się na obrazie w oku w zakresie kąta 90 stopni. Tj. punkt C odwzoruje się w kierunku g. A "nieskończoność w dół" odwzoruje się (dla oka!) w kierunku n (oczywiście w dół). [w miarę przesuwania punktu F w dół w stronę "nieskończoności" prosta "oko-punkt F" dąży do prostej n]
 90 stopni rzeczywistości (rzeczywistych odcinków na osi pionowej aż "do nieskończoności w dół") odwzoruje się na obrazie jako 90 stopni. "90 stopni w 90 stopni". Żadna "luka", żaden "ubytek" nie powstaje. Oczywistość.

Sytuacja druga: jest woda => jest załamanie promienia => nad wodą promienie biegną jak biegły. A te które "wbiegają pod wodę" biegną po torach niebieskich. Tu przykładowo zaznaczono jeden z torów.  To teraz odwzorowanie 90 stopni rzeczywistości: nic się nie zmienia ! Punkt C odwzoruje się w kierunku g, a "nieskończoność w dół" odwzoruje się w kierunku n, oczywiście w dół. [analogicznie jak powyżej: załamane tory promienia, czyli tory niebieskie w miarę przesuwania punktu F w dół "ku nieskończoności" zbliżają się do prostej , a jest to prosta n!] Ten promień który biegnie po normalnej do warstwy nie załamuje się (bez względu na model: to samo w modelu warstwowym, to samo przy "płynnym przejściu" gradientowym). Nic się więc w tej kwestii nie zmienia po wprowadzeniu wody. Nadal 90 stopni rzeczywistości (rzeczywiste odcinki pionowe na osi y w dół, aż do "nieskończoności w dół") jest odwzorowane w 90 stopni na obrazie. Nie powstał żaden "ubytek", żadna "luka". To jest oczywistość.

Cóż się więc zmieniło jeśli "nic się nie zmieniło"?
Ano to się zmieniło: dowolny rzeczywisty odcinek pionowy na osi y jest (na obrazie widzianym przez wodę) skrócony względem tego jak byłby widziany, gdyby wody nie było.
Nie ma więc żadnych "ubytków" z tytułu skrócenia ("spłaszczenia"  na obrazie widzianym przez wodę) w osi pionowej, ani nie ma żadnej konieczności "rozciągnięcia innych rzeczywistych odcinków" (na obrazie widzianym przez oko) oraz zachodzi co następuje: każdy odcinek rzeczywisty  (pionowy) jest przy patrzeniu przez warstwę skrócony (na obrazie) względem tego jak byłby widziany przy patrzeniu nie przez warstwę.


Proszę patrzeć na schemat. Proszę zauważyć, że punkt F jest dowolnym punktem. Proszę przemyśleć słowa "każdy, dowolny". Proszę zacząć myśleć.