巴托林的水晶奇景   

1669年,丹麦物理学家E.巴托林(Erasmus Bartholin)发现透过一种叫做冰岛长石的物体看到的像是双像。如果你将一块方解石石晶放在写有一行字的纸上,你就能看到一模一样的两行字(方解石石晶是碳酸钙的晶体形式,它的主要成分是石灰岩、白垩岩和大理石)。巴托林猜想这种现象是由于存在着不同的两种光。从某种程度上来说,他的想法是对的。不过巴托林没有意识到光在折射时是部分偏振的,光波的振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振(polarization)。(后来的埃德温·兰德意识到了这个问题,他是宝丽来太阳镜的发明者。)

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像太阳光这类的一般光是由不定向震动的光子组成的,而经过反射后,其中大部分光子的震动方向就一致了。兰德意识到如果能在太阳镜中加上一层过滤层来阻挡这种方向一致的有序光,就能消除路面或汽车挡风玻璃反射而产生的眩光。这个发明让兰德成为了大富豪,不过后来的液晶技术使偏振技术在滤镜中的应用相形见绌。

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旋转测试偏振

做这个实验,你得先找出一副宝丽来太阳镜,最好是旧的,这样就算拆了它你也不会心疼。拆开镜框取出镜片,将其中一枚镜片举到眼前,看向窗外。如果镜片是有色的,透过镜片外面的景色会变暗。现在,将另一枚镜片叠加到之前的那枚镜片上,再次向窗外看去。这一次,窗外的景色不变,只是变得更暗了,因为,两枚有色镜片叠在了一起。

现在,保持一枚镜片不动,另一枚镜片绕着它慢慢旋转,使后者逐渐与前者成90度角。当镜片旋转时,看到的景色将变得越来越暗直至消失。当两者成90度时,除了一团漆黑,你什么也看不见。继续旋转镜片,景色又慢慢出现了。

宝丽来镜片到底做了什么才会导致这样的现象呢?想象一下每枚镜片中都有无数道缝隙,假设它们的方向都是从左向右与地平线平行好了,而光子(水平方向震动,左右延伸的)刚好能从这些缝隙里穿过,就像孩子们的形状分拣玩具一样,不同形状的积木只能从匹配的孔洞中穿过。那些垂直震动、上下延伸的光子无法通过缝隙,因此,它们就被挡在镜片之外。

当其中的一枚镜片慢慢旋转成90度的过程中,那些能够通过第一道镜片上的光子无法通过第二道镜片。镜片阻挡了水平和垂直方向偏振的光。这会导致穿过镜片的光线减少,看出去的景色就会变暗。

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