Поляризация.

Рассказывая про волны, хочется рассказать еще про такой интересный эффект, как «поляризация». В обычном дневном свете присутствуют самые разнообразные волны – помнишь ту картинку, где свет движется от 0 до 1, а перпендикулярно направлению движения, и перпендикулярно друг другу, распространяются магнитная и электрическая составляющие электромагнитной волны? Так вот в обычном свете перемешаны волны с самой разнообразной «поляризацией», т.е. ориентацией этих полей. Можно представить обычный световой луч в виде эдакого «ёршика», образованного торчащими во все стороны электрическими и магнитными полями. А что будет, если мы поставим на пути этого ёршика некое устройство, которое позволяет проходить электрическим полям только в одном направлении, а все другие отрежет, не пропустит? В качестве такого устройства мы можем использовать некоторые природные минералы, например кристалл турмалина. Его кристаллическая решетка устроена так, что электрическое поле может пройти сквозь него только будучи ориентировано в одной единственной плоскости.

Можно поставить красивый эксперимент, взяв две одинаковые пластинки, вырезанные из турмалина специальным образом – так, чтобы одна из сторон пластинки совпадала с оптической осью кристалла. Поставив одну пластинку перед лучом света фонарика мы увидим, что свет прекрасно проходит сквозь нее. И мы не заметим, что свет стал другим! Ведь наш глаз не способен отличить поляризованный свет от неполяризованного – для нас и то свет, и это свет. Теперь поставим на пути луча света вторую пластинку – и снова ничего не изменится. А вот если мы начнем поворачивать пластинки относительно друг друга (так, чтобы свет по прежнему падал на них под прямым углом), то световой луч, прошедший сквозь первую пластинку, будет иметь только одну определенную плоскость поляризации, и чтобы этот поляризованный свет беспрепятственно прошел и через вторую пластинку, необходимо, чтобы и она была ориентирована так же, как и первая, поэтому когда мы начинаем крутить вторую пластинку, то свет, проходящий через нее, начнет затухать и исчезнет совершенно, когда пластинки повернутся друг относительно друга на 90 градусов! Если мы продолжим вращать пластинки, свет снова появится и достигнет своего максимума, когда пластинки будет снова ориентированы одинаково.

Свет прошедший через пластинку турмалина, стал состоять из волн, в которых колебания электрического поля расположены в одной единственной плоскости (для магнитных полей турмалин полностью проницаем). Такую плоскость мы будем называть «плоскостью поляризации».

Спектр. Инфракрасные и ультрафиолетовые лучи.

Еще пытливый Ньютон обнаружил, что свет, пропущенный сквозь стеклянную призму, разлагается на несколько цветных потоков в определенной раз и навсегда последовательности. Чтобы запомнить ее, можно использовать мнемоническое правило: «Каждый Охотник Желает Знать – Где Сидит Фазан» - Красный, Оранжевый, Желтый, Зеленый, Голубой, Синий, Фиолетовый.

В обычном, или, как говорят, в естественном свете присутствуют самые разнообразные длины волн, но в зависимости от того – какова длина волны, она имеет разные физические свойства. Длина волн, из которых состоит видимый глазами обычный дневной свет, лежит в диапазоне от 4000 до 7000 ангстрем (некоторые люди способны улавливать и более короткие волны – до 3700 ангстрем, а другие – наоборот – и более длинные, длиной до 8000 ангстрем). Так как мы – органические существа – выросли тут, на Земле, то не удивительно, что наш глаз хорошо распознает именно те длины волн, из которых в основном состоит дневной свет. Излучение с одной длиной волны мы видим как «красное», а другой – как «синее» и т.д. Конечно, не существует резких границ между цветами, что легко видно при наблюдении радуги – поскольку длины волн образуют последовательный ряд, то цвета неуловимо переходят друг в друга, и мы способны различать множество оттенков цвета, то есть лучей с немножко отличающейся длиной волны.

При этом есть множество живых существ, чья способность различать цвета неизмеримо превосходит возможности человека. Живые организмы в процессе своей эволюции выработали такие способности восприятия окружающего мира, которые нам могут показаться просто невозможными. Дельфин испускает ультразвук и улавливает отраженные лучи, после чего его мозг автоматически формирует у него картину того – что происходит вокруг, так что даже в такой мутной воде, в которой глаза не улавливают ничего, дельфин «видит» совершенно ясно и очень далеко. Утконос, ныряя под воду, шарит по дну, взбаламучивая ил, и улавливает своим поразительным носом не что-нибудь, а электрические излучения мелких рачков и прочей живности! Стоит только этой живности пошевелиться, и от нее исходит микроскопический электрический импульс, ведь все сигналы, пробегающие по нашей нервной системе, носят электрический характер. Какой поразительной чувствительностью надо обладать, чтобы по таким невероятно мелким электрическим полям точно определить местонахождение мелкой морды и схватить ее! Рыбы имеют «боковую линию» - специальную систему органов, с помощью которой они могут осязать предметы на расстоянии, ориентируясь только на движения волн, отраженных от этих предметов. Похожий на трубку канал, начинающийся в голове и соединяющийся с мозгом, идет под кожей вдоль боков рыбы и соединен с крошечными полостями, открывающимися наружу, через которые в него попадает вода и бегущие по ней волны. Эти волны двигают купулы – особые желеобразные колпачки, покрывающие волоски чувствительных клеток, а уже эти клетки передают сигнал в нервную систему, и у рыбы возникает детальная картина окружающего пространства. Точность такого «видения» поразительна. Например, мексиканские пещерные рыбы, живущие в подземных реках и пещерных озерах, вообще не имеют зрения, но своими боковыми линиями они могут обнаруживать объекты размером меньше булавочной головки!

Но свет состоит не только из волн видимого спектра (слово «спектр» означает «набор длин волн»). Чтобы убедиться в этом, достаточно вспомнить, что любая электромагнитная волна несет в себе энергию, которая может превращаться в тепловую, а увеличение тепловой энергии тела означает увеличение его температуры, которую мы можем измерять. Поставим перед лучом света специально подобранную систему призм, после чего начнем передвигать чувствительный термометр. Мы увидим, что даже тогда, когда термометр выходит за области видимого света, он все равно фиксирует нагревание. Волны, длина которых больше, чем у тех, которые мы воспринимаем как красные, называются «инфракрасными». Волны с длинами волн меньше чем у фиолетовых называются «ультрафиолетовыми».