Polaryzacja światła: jego istota i rola w przyrodzie

Wiele osób uważa lekką polaryzację za zjawisko fenomenalne, które jest powszechne i stosowane w technologii i prawie nigdy nie występuje w życiu codziennym. W rzeczywistości stwierdzenie to nie jest całkowicie poprawne, o czym dowiedzieliśmy się w artykule holenderskiego fizyka G. Kennena.

Ogólna koncepcja

Z naukowego punktu widzenia polaryzacja światła jest orientacją w przestrzeni oscylacji światła, które są prostopadłe do kierunku ruchu falowego. Wiązka światła składa się z zestawu prostych elementów zwanych kwantami. Kierunek ich fluktuacji może być bardzo zróżnicowany. W przypadku, gdy kwanty różnią się identyczną orientacją, strumień świetlny nazywany jest spolaryzowanym. W zależności od proporcji takich cząstek w danym promieniowaniu zmienia się stopień polaryzacji.

Filtry

Istnieje wiele filtrów, które mogą przenosić tylko promienie o określonej orientacji. Jeśli przejrzysz je na spolaryzowane strumień światła i jednocześnie obracać, jasność się zmieni. W przypadku, gdy polaryzacja światła zbiega się z kierunkiem transmisji, osiągnie maksimum, a przy pełnej rozbieżności - minimum. Takie filtry można kupić w zwykłych sklepach specjalizujących się w sprzedaży sprzętu fotograficznego. Kiedy patrzysz przez nie na czyste niebo, pod warunkiem, że Słońce znajduje się z boku, w pewnym momencie podczas tury zobaczysz pasek koloru czarnego. Jest to dowód, że fale świetlne emanujące z tej części nieba są spolaryzowane.

Postać Gaidingera

Kiedyś znany fizyk z ZSRR S. I. Vavilov przeprowadził badania, których wyniki wysunęły interesującą teorię. Według niej polaryzacja światła jest widoczna bez jakichkolwiek urządzeń pomocniczych dla mniej więcej co czwartej osoby na planecie. Co więcej, większość z tych osób nie jest nawet świadoma obecności takiej cechy we własnej wizji. Patrząc na to samo błękitne niebo w centrum ich pola widzenia pojawia się ledwo zauważalny żółty pasek z lekko zaokrąglonymi końcami. Na środku i na krawędziach występują również bladoniebieskie plamki. Po obróceniu płaszczyzny polaryzacji pasek również się obraca, ponieważ w odniesieniu do kierunku oscylacji światła jest zawsze prostopadły. W nauce zjawisko to znane jest jako postać Gaidingera. Jego nazwa pochodzi od nazwiska niemieckiego fizyka, który odkrył je w 1845 roku. Jeśli kiedykolwiek zauważysz, zdolność do zobaczenia tego miejsca może zostać rozwinięta. Należy zauważyć, że przy użyciu niebieskiego lub zielonego światła filtru wyraźnie widać postać Gaidingera.

Przykłady polaryzacji światła i jak ją wyeliminować

Polaryzacja światła, którego źródłem jest czyste niebo, jest tylko najprostszym i najczęściej używanym przykładem tego zjawiska. Inne dość powszechne przypadki można nazwać odblaskami, które leżą na szklanych oknach i powierzchni wody. W razie potrzeby można je wyeliminować za pomocą specjalnych filtrów polaroidalnych, które są najczęściej używane przez fotografów. Staje się niezastąpiony, jeśli chcesz uchwycić na zdjęciu jakiekolwiek obrazy lub eksponaty muzealne chronione szkłem. Zasada ich działania opiera się na fakcie, że każde światło odbite, w zależności od kąta padania, ma pewien stopień polaryzacji. W ten sposób, patrząc na flarę, można łatwo znaleźć kąt filtra, przy którym będzie on tłumiony, aż do całkowitego zniknięcia. Ta sama zasada jest stosowana przez producentów wysokiej jakości okularów przeciwsłonecznych. Dzięki zastosowaniu w szkle filtrów polaroidowych możliwe jest usuwanie zakłócających odbić pochodzących z powierzchni mokrej autostrady lub powierzchni morza.

Prawo Umowa

Każde rozproszone światło z nieba jest słońce które przeszły liczne odbicia od cząsteczek powietrza, a także wielokrotnie łamały się w kryształach lodu lub kropelkach wody. Jednocześnie proces polaryzacji jest charakterystyczny nie tylko dla odbicia kierunkowego (np. Z wody), ale także dla dyfuzji. W 1905 roku udowodniono, że im ciemniejsza jest powierzchnia, z której odbija się fala światła, tym większy stopień polaryzacji. Przeszedł do historii jako prawo Umowa, nazwane na cześć fizyka, któremu udało się udowodnić tę zależność. Jeśli rozważymy to na elementarnym przykładzie z autostradą asfaltową, okazuje się, że w stanie mokrym jest bardziej spolaryzowana niż w suchej postaci.

Aplikacja historii

Pomimo faktu, że po raz pierwszy zjawisko polaryzacji odkryto w 1871 roku, naukowcom udało się wyjaśnić to szczegółowo dopiero w połowie ubiegłego wieku. W każdym razie istnieją informacje historyczne, z których korzystali żeglarze do nawigacji ponad tysiąc lat temu. W większości przypadków słońce było dla nich główną wskazówką. Jednak w pochmurną pogodę używali tak zwanego kamienia słonecznego. Istnieją wszelkie powody, by zakładać, że był to rodzaj przezroczystego minerału, który miał właściwości polaryzacyjne. Wytyczną był ciemniejszy pasek pojawiający się na niebie. Aby udowodnić założenia historyków i skuteczność tego rodzaju nawigacji, jakiś czas temu norweski pilot poleciał małym samolotem z rodzinnego kraju do Grenlandii, używając jedynie kryształu kordierytowego, minerału o cechach podobnych do kamienia słonecznego, jako wytycznej.

Polaryzacja i owady

Polaryzacja światła jest widoczna dla wielu owadów. Dotyczy to zwłaszcza pszczół i mrówek, które ze względu na tę właściwość mogą być zorientowane w terenie przy pochmurnej pogodzie i bez trudu powracać do swoich siedlisk. Ta zdolność jest osiągnięta dzięki strukturze systemu wizualnego. Podczas gdy w oku człowieka i dowolnego innego ssaka zwierzęcia cząsteczki wrażliwe na światło są rozmieszczone losowo, u owadów są zorientowane w tym samym kierunku i leżą w równych rzędach.

Polaryzacja niektórych zjawisk optycznych i obiektów niebieskich

Efekty polaryzacji są również charakterystyczne dla takich interesujących zjawisk przyrodniczych jak halo (łuki świetlne, które czasami pojawiają się wokół Słońca lub Księżyca), tęcze i niektóre rodzaje aurora borealis Wynika to z faktu, że we wszystkich tych przypadkach światło jest jednocześnie odbijane i załamywane. Innymi słowy, jeśli obrócisz filtr i przejrzysz go na tęczy, w pewnym momencie stanie się prawie niewidoczny. Jeśli chodzi o polaryzację niektórych ciał astronomicznych, mgławica krabowa, obserwowana w konstelacji Taurus, stała się jej najbardziej uderzającym przykładem. Faktem jest, że emitowane przez niego światło emitowane jest podczas zwalniania szybko płynących elektronów przez pole magnetyczne.

Polaryzacja kołowa

Niektóre gatunki chrząszczy, których grzbiety mają metaliczny połysk, są w stanie odbijać promienie i kierować je w koło. Zjawisko to nazywa się - kołową polaryzacją światła. Jeśli spojrzysz przez metalowy blask filtra z tyłu tych owadów, zobaczysz, że jest zawsze skręcony w lewo. Do naszych czasów naukowcy nie byli w stanie wyjaśnić, jakie jest znaczenie biologiczne tego zjawiska.