Juliette McGregor, Universiteit van Leicester
Ons is almal bekend met kleur en helderheid, maar daar is 'n derde eienskap van lig - die "polarisasie" wat ons die oriëntasie vertel waarin liggolwe oscillerend is. Diere, soos bye en miere, gebruik die polarisasiepatrone in die lug as 'n navigasiehulpmiddel. Maar min mense, selfs in die wetenskaplike gemeenskap, is bewus daarvan dat mense die polarisasie van lig met die blote oog kan waarneem.
In navorsing Ons het pas in Proceedings of the Royal Society B gepubliseer. Ons het 'n eksperiment gebruik wat oorspronklik ontwerp is om die visuele vermoëns van seekatte en inktvisse te toets om ons menslike vermoë om hierdie gepolariseerde lig te ondersoek, te ondersoek.
Ons gebruik reeds gepolariseerde lig
Stel jou voor dat 'n springtou 'n liggolf is wat deur die ruimte beweeg. As jy die tou van kant tot kant beweeg, is die golf wat jy maak horisontaal gepolariseer. Maar as jy dit op en af ​​skud, skep jy 'n vertikaal gepolariseerde golf. Oor die algemeen is lig 'n mengsel van polarisasies, maar soms - byvoorbeeld in dele van die lug, op jou rekenaarskerm en in refleksie van water of glas - is 'n groot persentasie van die golwe oscillerend in dieselfde oriëntasie. Hierdie lig word beskryf as sterk gepolariseer.
Jy sal waarskynlik tegnologie oor die gepolariseerde lig gebou het. Byvoorbeeld, "Polaroid" sonbrille werk deur die uitsteek van gepolariseerde lig wat weerspieël word van blink oppervlaktes soos motorbonsels of die oppervlak van water. Dit is moontlik omdat die lig wat in horisontale oppervlaktes weerspieël word, horisontaal gepolariseer word en die sonbrille het 'n struktuur soos 'n piketheining, sodat hulle net vertikaal gepolariseerde ossillasies laat inboor, en die horisontaal gepolariseerde helder refleksie blokkeer. Gepolariseerde lig is die kern van moderne 3D-teaters en LCD-skerms, slimfone en tablette.
So as gepolariseerde lig eintlik redelik algemeen buite, in jou huis en in jou kantoor is - hoe het jy voorheen niks spesiaals gesien nie?
Haidinger se Borsels
Mense sien gepolariseerde lig met behulp van "Haidinger se borsels", 'n subtiele visuele effek wat verskyn soos 'n geel strikdas reghoekig tot die polarisasie hoek. Jy kan ook kyk na 'n blou strikdas reghoekig tot die geel een. Die effek ontstaan ​​binne die oog self en is nie 'n beeld van 'n ware eksterne voorwerp, sodat borsels Haidinger se gewoonlik vervaag in 'n paar sekondes as jou brein verwerk hulle uit. Dit is een van die redes dat min mense hulle dag-tot-dag sien, en waarom hulle voorheen redelik moeilik om studie gewees het.
Deur die gebruik van LCD skerms in staat voortdurend verfrissende die effek, kon ons die eerste metings van die dinamika van borsels Haidinger se maak, bevestig die voorspelling dat sommige individue die geaardheid van die strikdas sou sien om "flip-flop" as die polarisasie hoek gedraai.
Ons resultate toon dat jou kornea dramaties kan beïnvloed hoe jy gepolariseerde lig beskou. Aangesien die optiese eienskappe van die kornea wissel tussen individue, kan dit ook verduidelik waarom mense dikwels hul ervaring rapporteer om te sien Haidinger se borsels anders.
Om vir Haidinger se borsels vir jouself te sien, kyk na 'n leë wit gedeelte van 'n LCD-skerm op 'n rekenaar, tablet of selfoon. Kantel jou kop van kant tot kant en ligte geel en blou boë, effens groter as jou duim, moet sigbaar word. Met die praktyk kan jy hulle dan in die blou dele van die lug sien teen 90 grade van die son, veral by sonsopkoms en sonsondergang.
Skylight-polarisasiepatrone, wat veroorsaak word deur die verstrooiing van die lug in die atmosfeer, is sodanig dat die langas van die geel boog-punt ongeveer na die son sal wys.
Wat gaan aan in die brein
In vorige studies LCD skerms is gebruik om polarisasie sensitiwiteit in akwatiese organismes te toets. Ons studie het die grense van menslike polarisasie sensitiwiteit getoets, die ontwikkeling van spesiale filters om die persentasie gepolariseerde lig wat die oog bereik, van 0% tot 100% te verander.
Dit was om die minimum persentasie polarisasie vas te stel waarteen Haidinger se borsels opgespoor kon word. Onder 24 mense was die gemiddelde polarisasie sensitiwiteitsdrempel 56%. Sommige mense kan nog steeds Haidinger se borsels sien wanneer die lig minder as 25% gepolariseer is - nie so goed soos inktvis nie, maar nog beter as enige ander werweldiere wat tot op datum getoets is.
Die vermoë om Haidinger se borsels te sien, word veroorsaak deur die sirkelvormige simmetriese organisasie van karotenoïde pigmente in die macula ('n area wat die sentrale deel van die retina dek en beskerm). Blou lig wat ewewydig aan hierdie pigmentmolekule ossilleer, word sterk geabsorbeer. Wit lig, wat in blou uitgeput is, verskyn geel, wat die geel boog-effek effek verduidelik. Die blou dele van die borsels word vermoedelik deur die brein gegenereer in reaksie op die onverwagte teenwoordigheid van geel.
Kan dit moontlik wees om ons polarisasie magte gebruik vir 'n goeie? Die risiko vir die verkryging Ouderdom-verwante makulêre degenerasie het voorheen geassosieer met lae karotenoïde pigmentdigtheid in die macula.
Soos AMD is tans die grootste oorsaak van blindheid in die ontwikkelde wêreld en vind 'n vroeë stadium diagnostiese aanwyser van hierdie voordat enige werklike verlies oë aangegaan is 'n navorsing prioriteit. Dit is ons hoop dat polarisasie sensitiwiteit gebruik kan word om te ondersoek en uiteindelik te monitor enige veranderinge in die organisasie van die pigmente gebeur in die vroeë stadiums van hierdie degeneratiewe oogtoestand. Meer werk is nodig om die mediese potensiaal van hierdie soort toetse te evalueer.
Haidinger se borsels bied ook 'n demonstrasie van die fisika van lig en die anatomie van die menslike oog. Deur die polaroidlaag van 'n ou LCD skerm af te neem, kan u u eie vereenvoudigde weergawe van ons toets maak; swart en wit letters verander in kontrasterende polarisasiehoeke sodra die polariserende film verwyder word.
Op 'n onlangse fees wetenskap Ek het probeer om mense 'n "seekat-oogtoets" te kry deur die verborge letters te lees met hul polarisasie sensitiwiteit alleen. Dit het 'n storm afgekom, behalwe met 'n klein seuntjie, wat bang was vir die meegaande seekat-hoofklere. Tyd om te werk aan 'n minder intimiderende superkostuum.
Juliette McGregor is navorsingsgenoot aan die Universiteit van Leicester. Haar navorsingsbelange is divers, maar fokus op biologiese beeldvorming, beide in terme van die ontwikkeling van nuwe beeldtegnieke vir biologiese gebruik en benaderings tot beeldvorming wat in die natuur voorkom (visie!). Hierdie werk lê baie op die koppelvlak tussen fisika en biologie.