А. Лельевр - Эврика-86
ЯИЧНУЮ СКОРЛУПУ
В ОЗЕРО
Шведское озеро Холмсё сильно за-. грязнено кислотными дождями и прочими современными промышленными отходами. Экологи предложили восстановить жизнь в озере, нейтрализовав его воды большим количеством извести. Местные власти нашли остроумное решение. На берегу Холмсё есть кондитерская фабрика, во дворе которой скапливается по нескольку тонн яичной скорлупы — прекрасного известкового материала. Сброшенная в озеро, скорлупа, по мнению ученых, может постепенно очистить его от промышленного загрязнения.
ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ СВЕТ В ПРИРОДЕ
Человеческий глаз весьма чувствителен к окраске (то есть длине волны) и яркости света, но третья характеристика света, поляризация, ему практически недоступна. Мы страдаем "поляризационной слепотой". В этом отношении некоторые представители животного мира гораздо совершеннее нас. Например, пчелы различают поляризацию света почти так же хорошо, как цвет или яркость. И так как поляризованный свет часто встречается в природе, им дано увидеть в окружающем мире нечто такое, что человеческому глазу совершенно недоступно. Человеку можно объяснить, что такое поляризация, с помощью специальных светофильтров он может увидеть, как меняется свет, если «вычесть» из него поляризацию, но представить себе картину мира "глазами пчелы" мы, видимо, не можем (тем более что зрение насекомых отличается от человеческого и во многих других отношениях).
Поляризация — это ориентированность колебаний световой волны в пространстве. Эти колебания перпендикулярны направлению движения луча света. Элементарная световая частица (квант света) представляет собой волну, которую можно сравнить для наглядности с волной, которая побежит по канату, если, закрепив один его конец, другой встряхнуть рукой. Направление колебаний каната может быть различным, смотря по тому, в каком направлении встряхивать канат. Точно так же и направление колебаний волны кванта может быть разным. Пучок света состоит из множества квантов. Если их
колебания различны, такой свет не ляризован, если же все кванты име^ абсолютно одинаковую ориентаций свет называют полностью поляризова ным. Степень поляризации может бы различной в зависимости от того как доля квантов в нем обладает одинаковой ориентацией колебаний.
Существуют светофильтры, пропускающие только ту часть света, волны которой ориентированы определенным образом. Если через такой фильтр смотреть на поляризованный свет и при этом поворачивать фильтр, яркость пропускаемого света будет меняться. Она будет максимальна при совпадении направления пропускания фильтра с поляризацией света и минимальна при полном (на 90 градусов) расхождении этих направлений. С помощью фильтра можно обнаружить поляризацию, превышающую примерно 10 процентов, а специальная аппаратура обнаруживает поляризацию порядка 0,1 процента.
Поляризационные фильтры, или поляроиды, продаются в магазинах фотопринадлежностей. Если через такой фильтр смотреть на чистое голубое небо (при облачности эффект выражен гораздо слабее) примерно в 90 градусах от направления на Солнце, то есть чтобы Солнце было сбоку, и при этом фильтр поворачивать, то ясно видно, что при некотором положении фильтра на небе появляется темная полоса. Это свидетельствует о поляризованности света, исходящего от этого участка неба. Поляроидный фильтр открывает нам явление, которое пчелы видят "простым глазом". Но не надо думать, что пчелы видят ту же темную полосу на небе. Наше положение можно сравнить с положением полного дальтоника, человека, неспособного видеть цвета. Тот, кто различает только черное, белое и различные оттенки серого цвета, мог бы, смотря на окружающий мир попеременно через светофильтры раз' личного цвета, заметить, что картина мира несколько меняется. Например)
вз красный фильтр иначе выглядел ^ красный мак на фоне зеленой тра^ерез желтый фильтр стали бы "" ^ выделяться белые облака на мбом небе. Но фильтры не помогли ^дальтонику понять, как выглядит о человека с цветным зрением. Так емк цветные фильтры дальтонику, оляризационный фильтр может лишь подсказать нам, что у света есть каДое-то свойство, не воспринимаемое
глазом. Поляризованность света, идущего от
голубого неба, некоторые могут заметить и простым глазом. По данным известного советского физика академика С. Вавилова, этой способностью обладают 25–30 процентов людей, хотя многие из них об этом не подозревают. При наблюдении поверхности, испускающей поляризованный свет (например, того же голубого неба), такие люди могут заметить в середине поля зрения слабо-желтую полоску с закругленными концами. Еще слабее заметны голубоватые пятнышки в ее центре, по краям. Если плоскость поляризации света поворачивается, то поворачивается и желтая полоска. Она всегда перпендикулярна к направлению световых колебаний. Это так называемая фигура Гайдингера, она открыта немецким физиком Гайдингером в 1845 году. Способность видеть эту фигуру можно развивать, если хотя бы раз удастся ее заметить. Интересно, что еще в 1855 ГОДУ, не будучи знакомым со статьей Гайдингера, напечатанной за девять лет до того в одном немецком физическом журнале, Лев Толстой писал ("Юность", глава XXXII): "…я невольно оставляю книгу и вглядываюсь в растворенную Дверь балкона, в кудрявые висячие ветви высоких берез, на которых уже заходит вечерняя тень, и в чистое небо, ^ котором, как смотришь пристально, вдруг показывается как будто пыльное ^"товатое пятнышко и снова исчеза^"- " Такова была наблюдательность великого писателя. ^"Уру Гайдингера можно увидеть
гораздо яснее, если смотреть через зеленый или синий светофильтр.
Поляризация света неба была открыта в 1871 году (по другим источникам, даже в 1809 году), но подробное теоретическое объяснение этого явления было дано лишь в середине нашего века. Тем не менее, как обнаружили историки, изучавшие древние скандинавские саги о плаваниях викингов, отважные мореходы почти тысячу лет назад пользовались поляризацией неба для навигации. Обычно они плавали, ориентируясь по Солнцу, но, когда светило было скрыто за сплошной облачностью, что не редкость в северных широтах, викинги смотрели на небо через специальный "солнечный камень", который позволял увидеть на небе темную полоску в 90 градусах от направления на Солнце, если облака не слишком плотны. По этой полосе можно судить, где находится Солнце. "Солнечный камень" — видимо, один из прозрачных минералов, обладающих поляризационными свойствами (скорее всего распространенный на севере Европы исландский шпат), а появление на небе более темной полосы объясняется тем, что, хотя за облаками Солнца и не видно, свет неба, проникающий через облака, остается в какой-то степени поляризованным. Несколько лет назад, проверяя это предположение историков, летчик провел небольшой самолет из Норвегии в Гренландию, пользуясь в качестве навигационного прибора только кристаллом минерала кордиерита, поляризующего свет.
Уже говорилось, что многие насекомые в отличие от человека видят поляризацию света. Пчелы и муравьи не хуже викингов пользуются этой своей способностью для ориентировки в тех случаях, когда Солнце закрыто облаками. Что придает глазу насекомых такую способность? Дело в том, что в глазе млекопитающих (и в том числе человека) молекулы светочувствительного пигмента родопсина расположены беспорядочно, а в глазе насекомого те же
молекулы уложены аккуратными рядами, ориентированы в одном направлении, что и позволяет им сильнее реагировать на тот свет, колебания которого соответствуют плоскости размещения молекул. Фигуру Гайдингера можно видеть потому, что часть нашей сетчатки покрыта тонкими, идущими параллельно волокнами, которые частично поляризуют свет.
Любопытные поляризационные эффекты наблюдаются и при редких небесных оптических явлениях, таких, как радуга и гало. То, что свет радуги сильно поляризован, обнаружили в 1811 году. Вращая поляроидный фильтр, можно сделать радугу почти невидимой. Поляризован и свет гало светящихся кругов или дуг, появляющихся иногда вокруг Солнца и Луны. В образовании и радуги и гало наряду с преломлением участвует отражение света, а оба эти процесса, как мы уже знаем, приводят к поляризации. Поляризованы и некоторые виды полярного сияния. Наконец, следует отметить, что поляризован и свет некоторых астрономических объектов. Наиболее известный пример — Крабовидная туманность в созвездии Тельца. Свет, испускаемый ею, — это так называемое синхротронное излучение, возникающее, когда быстро летящие электроны тормозятся магнитным полем. Синхротронное излучение всегда поляризовано.
Вернувшись на Землю, отметим, что некоторые виды жуков, обладающие металлическим блеском, превращают свет, отраженный от их спинки, в поляризованный по кругу. Так называют поляризованный свет, плоскость поляризации которого закручена в пространстве винтообразно, налево или направо. Металлический отблеск спинки такого жука при рассмотрении через специальный фильтр, выявляющий круговую поляризацию, оказывается левозакрученным. Все эти жуки относятся к семейству скарабеев. В чем биологический смысл описанного явления, пока неизвестно.
