Czy kiedykolwiek marzyłeś o supermocarstwie? Coś, do czego możesz zadzwonić, gdy tego potrzebujesz, aby przekazać Ci dodatkowe informacje o świecie? OK, to nie jest widzenie rentgenowskie, ale twoje oczy mają zdolności, których możesz nie być świadomy.

Wszyscy znamy kolor i jasność, ale istnieje trzecia właściwość światła – „polaryzacja”, która mówi nam, w jakiej orientacji oscylują fale świetlne. Zwierzęta, takie jak pszczoły i mrówki, wykorzystują wzorce polaryzacji na niebie jako pomoc w nawigacji. Jednak niewiele osób, nawet w środowisku naukowym, zdaje sobie sprawę, że ludzie mogą dostrzec polaryzację światła gołym okiem.

In Badania naukowe właśnie opublikowaliśmy w Proceedings of the Royal Society B, wykorzystaliśmy eksperyment, który pierwotnie miał na celu przetestowanie wzrokowych zdolności ośmiornic i mątwy, aby zbadać naszą ludzką zdolność postrzegania tego spolaryzowanego światła.

Używamy już światła spolaryzowanego

Wyobraź sobie, że skakanka to fala światła przemieszczająca się w przestrzeni. Jeśli przesuwasz linę z boku na bok, wytwarzana fala jest spolaryzowana poziomo. Ale jeśli potrząsasz nim w górę iw dół, tworzysz falę spolaryzowaną pionowo. Generalnie światło jest mieszaniną polaryzacji, ale czasami – na przykład w częściach nieba, na ekranie komputera i w odbiciach od wody lub szkła – duży procent fal oscyluje w tej samej orientacji. To światło jest opisane jako silnie spolaryzowane.

Prawdopodobnie już wcześniej spotkałeś się z technologią zbudowaną wokół spolaryzowanego światła. Na przykład okulary przeciwsłoneczne „Polaroid” pracowac przy blokowanie spolaryzowanego światła, które odbija się od błyszczących powierzchni, takich jak maski samochodów lub powierzchnia wody. Jest to możliwe, ponieważ światło odbite do naszych oczu od poziomych powierzchni jest spolaryzowane poziomo, a okulary przeciwsłoneczne mają konstrukcję przypominającą płotek, dzięki czemu przepuszczają tylko oscylacje spolaryzowane pionowo, blokując jasne refleksy spolaryzowane poziomo. Światło spolaryzowane jest sercem nowoczesnych ekranów kinowych i komputerowych LCD 3D, smartfonów i tabletów.

Więc jeśli spolaryzowane światło jest właściwie dość powszechne na zewnątrz, w twoim domu i biurze – dlaczego wcześniej nie zauważyłeś niczego szczególnego?

Pędzle Haidingera

Ludzie odbierają spolaryzowane światło za pomocą „szczotek Haidingera”, subtelnego efektu wizualnego, który wygląda jak żółta muszka pod kątem prostym do kąta polaryzacji. Możesz również zobaczyć niebieskawą muszkę pod kątem prostym do żółtej. Efekt powstaje w samym oku i nie jest obrazem prawdziwego obiektu zewnętrznego, więc pędzle Haidingera zwykle zanikają w ciągu kilku sekund, gdy mózg je przetwarza. Jest to jeden z powodów, dla których niewiele osób zauważa je na co dzień i dlaczego wcześniej trudno było je studiować.

Korzystając z ekranów LCD zdolnych do ciągłego odświeżania efektu, byliśmy w stanie dokonać pierwszych pomiarów dynamiki pędzli Haidingera, potwierdzając przewidywania, że ​​niektórzy ludzie będą postrzegać orientację muszki na „flip-flop” jako polaryzację kąt jest obrócony.

Nasze wyniki pokazują, że Twoja rogówka może dramatycznie wpłynąć na postrzeganie spolaryzowanego światła. Ponieważ właściwości optyczne rogówki różnią się u poszczególnych osób, może to również wyjaśniać, dlaczego ludzie często zgłaszają swoje doświadczenia widzenia Pędzle Haidingera inaczej.

Aby zobaczyć pędzle Haidingera na własne oczy, spójrz na pustą białą część ekranu LCD na komputerze, tablecie lub telefonie. Przechylaj głowę na boki i bladożółte i niebieskie muszki, nieco większe od kciuka, powinny stać się widoczne. Z praktyką można je następnie zobaczyć w niebieskich częściach nieba pod kątem 90 stopni od słońca, szczególnie o wschodzie i zachodzie słońca.

Wzorce polaryzacji świetlika, spowodowane rozpraszaniem światła w atmosferze, są takie, że długa oś żółtej muszki będzie zwrócona w przybliżeniu w kierunku słońca.

Co się dzieje w mózgu

In poprzednie badania Ekrany LCD zostały wykorzystane do testowania czułości polaryzacji w organizmach wodnych. Nasze badanie przetestowało granice ludzkiej wrażliwości na polaryzację, opracowując specjalne filtry, aby zmieniać procent spolaryzowanego światła docierającego do oka od 0% do 100%.

Miało to na celu ustalenie minimalnej polaryzacji procentowej, przy której można było wykryć pędzle Haidingera. Wśród 24 osób średni próg wrażliwości na polaryzację wyniósł 56%. Niektórzy ludzie nadal mogli zobaczyć pędzle Haidingera, gdy światło było mniej niż 25% spolaryzowane – nie tak dobre jak mątwy, ale wciąż lepsze niż jakiekolwiek inne kręgowce testowane do tej pory.

Widzenie pędzli Haidingera jest spowodowane kołowo symetryczną organizacją barwników karotenoidowych w plamce (obszar, który zakrywa i chroni środkową część siatkówki). Niebieskie światło, które oscyluje równolegle do tych cząsteczek pigmentu, jest silnie pochłaniane. Białe światło, które jest zubożone na niebiesko, wydaje się żółte, co wyjaśnia efekt żółtej muszki. Uważa się, że niebieskie części szczotek są generowane przez mózg w odpowiedzi na nieoczekiwaną obecność żółtego koloru.

Czy da się wykorzystać nasze moce polaryzacyjne na dobre? Ryzyko nabycia związane z wiekiem zwyrodnienie plamki żółtej ma wcześniej był związany o niskiej gęstości pigmentu karotenoidowego w plamce żółtej.

Ponieważ AMD jest obecnie wiodącą przyczyną ślepoty w krajach rozwiniętych, znalezienie wskaźnika diagnostycznego na wczesnym etapie przed wystąpieniem jakiejkolwiek rzeczywistej utraty wzroku jest priorytetem badawczym. Mamy nadzieję, że wrażliwość na polaryzację może zostać wykorzystana do badania i ostatecznie monitorowania wszelkich zmian w organizacji pigmentów zachodzących we wczesnych stadiach tego zwyrodnieniowego stanu oka. Potrzeba więcej pracy, aby ocenić potencjał medyczny tego rodzaju testów.

Pędzle Haidingera to także pokaz fizyki światła i anatomii ludzkiego oka. Zdejmując warstwę polaroidu ze starego ekranu LCD, możesz stworzyć własną uproszczoną wersję naszego testu; czarne i białe litery zamieniają się w kontrastujące kąty polaryzacji po zdjęciu folii polaryzacyjnej.

przy ostatni festiwal nauki Próbowałem skłonić ludzi do wykonania „testu na oko ośmiornicy”, czytając ukryte litery przy użyciu samej ich wrażliwości na polaryzację. Przeszła burza, z wyjątkiem jednego małego chłopca, który był przerażony towarzyszącym mu nakryciem głowy ośmiornicy. Czas popracować nad mniej onieśmielającym super-kostiumem.

O autorze

Juliette McGregor jest pracownikiem naukowym na Uniwersytecie w Leicester. Jej zainteresowania badawcze są zróżnicowane, ale koncentrują się na obrazowaniu biologicznym, zarówno w zakresie rozwoju nowych technik obrazowania do zastosowań biologicznych, jak i podejść do obrazowania występującego w naturze (wizja!). Ta praca leży bardzo na styku fizyki i biologii.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje. Przeczytać oryginalny artykuł.