Haidingerův snop
Zkušenost běžných uživatelů s polarizovaným světlem většinou končí u polarizačního filtru jejich brýlí, případně fotoaparátu. Málokdo z nich by dokázal vysvětlit, co to vůbec polarizace je. O tom, že díky ní může skoro každý s trochou cviku pozorovat zvláštní jev, nazývaný Haidingerův snop, prý nevědí ani mnozí odborníci.
Hovoří Vladimír Kopecký z Fyzikálního ústavu Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze.
Nejprve si vysvětleme základní pojmy - polarizace a polarizované světlo.
Vladimír Kopecký: Pro fyziky může být světlo reprezentováno částicí, které říkají foton, ale mnohem častěji je to v optice vlna. Taková vlna, kterou si můžeme představit třeba jako sinusoidu, je vlastně příčné vlnění; takže kdybychom se dívali na světelný paprsek, tak by ta vlna kmitala kolmo na to, jak se k nám paprsek blíží. To, co tam kmitá, je vektor elektrického pole a to polarizované záření je vlastně záření, ve kterém tento vektor kmitá v jedné rovině. Kdybychom si to představili jako běžnou sinusoidu, tak je to vlastně sinusoida, která, když si ji nakreslíme do prostoru, stojí v rámci jedné roviny. Když se kolem sebe rozhlédneme, tak pochopitelně vidíme záření jako takové, jen si neuvědomujeme, že některé je polarizované a některé není - vidíme oboje, jen si neumíme představit ten rozdíl. Samozřejmě, většina záření je v podstatě nepolarizovaná; to znamená, že vektor kmitá v libovolné rovině. Existují i druhy záření, které jsou třeba kruhově nebo elektricky polarizované, to znamená, že konec toho vektoru opisuje kružnici. Kdybychom se na to mohli podívat v nějakém animovaném systému a představit si, jak by ten paprsek světla vypadal, tak uvidíme, že ten vektor by opisoval vlastně jakousi vývrtku, šroubovici, jak by se šířil paprskem. Takhle vypadá polarizace. Běžný posluchač se s ní potká nejspíš, když bude fotografovat, protože polarizované záření k nám přichází například při odrazu od nějaké plochy, třeba od vodní hladiny. Abychom se ho zbavili, používáme polarizační filtry. Ty lidé používají i ve slunečních brýlích, protože když do nich dám filtr, který mi propouští jenom jistou rovinu polarizace, tak všechno ostatní záření těmi brýlemi neprojde. Tím zeslabíme i intenzitu záření a uživatel oční pomůcky pak nebude oslněn například odleskem sluníčka od vodní hladiny. To je takové to běžné potkávání se s polarizací.
Miliony let před námi objevili polarizaci někteří živočichové, kteří se dokonce naučili polarizovaného světla dovedně využívat. Mnohé z nich důvěrně znáte - třeba takové včely.
Vladimír Kopecký: Hmyz je ve velké většině schopen vnímat polarizované záření, a to především lineárně polarizované. Využívá je k orientaci. Například včela trefí na rozkvetlou louku a zpátky díky orientaci podle slunce. Slunce pro ní leží z hlediska optiky někde daleko v nekonečnu, tudíž, když se vydá na svůj let, udržuje neustále stejný úhel od slunce. Díky tomu letí pořád rovně. Teď by naše posluchače mohlo napadnout, že vidí létat včely, i když slunce na obloze zrovna vidět není. Může být schované za nějakým oblakem - a k tomu právě hmyz využívá polarizaci světla. Polarizované světlo k nám totiž přichází z oblohy. Je to dáno tím, že světlo, které k nám přichází od slunce, musí přejít přes atmosféru a v ní se postupně rozptyluje na molekulách vzduchu, které u něj vytvoří polarizaci. Kdybychom se podívali na oblohu pomocí nějakých přístrojů, zjistili bychom, že světlo, které přichází zhruba ze směru slunce, je nepolarizované a naopak v úhlu devadesáti stupňů od slunce bychom viděli světlo, které bude nejvíc lineárně polarizované, a to v rovině, která je kolmá na spojnici nás a toho sluníčka. Většině hmyzu stačí, když vidí jenom kousek modré oblohy, a umí si domyslet, kde slunce je. Polarizované záření využívají i zástupci korýšů, a to nejenom v té lineární formě. V roce 2008 byla publikována práce, která popisuje jeden druh korýše, kterému se říká česky strašek. Vypadá jako taková trochu větší kreveta a má velká kukadla, jako cvrnkací kuličky. Tyto velice složité oční bulvy umožňují detekovat nejenom lineárně polarizované záření, ale dokonce i kruhově polarizované záření. Vědci používají tento druh záření k tomu, aby si zvýšili kontrast obrazu. Koneckonců i ve fotografii se dneska dost často používají kruhově polarizační filtry. To zvířátko žije v mělkých příbojových oblastech, kde je docela kalná voda, a tu vlastnost, že se na svět dívá kruhově polarizovaně, nejspíš prakticky využívá. Většina živočichů spíš vidí lineárně polarizované záření, a tak si zřejmě straškové vytvořili jakýsi tajný komunikační kanál. Ti pro nás relativně fádně zbarvení korýši, kteří nevypadají nijak zvlášť půvabně, se po nasvícení kruhovou polarizací a nějaké vizualizaci pomocí přístrojů jeví jako krásně barevní. Jsou tak možná schopni přitahovat opačné pohlaví, nebo si nějak signalizovat, aniž by je jejich predátoři, třeba chobotnice, viděli jako nějaké nápadné objekty. A umí to už nejméně 400 milionů let. Takže je vidět, že znalost a využití polarizovaného záření v přírodě je skutečně prastará. Až mnohem později objevili polarizované světlo vědci a začali je využívat ve vědeckých přístrojích.
Zdá se, že pro řadu živočichů je snadné a zcela přirozené polarizované světlo vnímat. Víme, že jej vnímají i lidé. Přichází k nám neustále, jako součást komplexního toku záření. Háček je v tom, že si jeho přítomnost neuvědomujeme a z proudu jinak převážně nepolarizovaného záření jej neumíme "vylovit". Přitom to není žádný problém. Důkazem je právě takzvaný Haidingerův snop.
Poslední výzkumy naznačují, že jev může mít dokonce praktické využití v medicíně. Odlišnosti ve vnímání Haidingerova snopu by mohly souviset s různými degenerativními změnami v oku a posloužit k jejich včasnému odhalení...
Zatoužili jste žlutomodrý čtyřlístek Haidingerova snopu také spatřit? Prozradíme vám, jak na to. Nejjednodušší není pozorovat oblohu, ale využít k experimentu monitoru počítače...
O tajemství i kráse Haidingerova snopu, jevu, který nám zviditelňuje polarizované světlo, hovořil Vladimír Kopecký z Fyzikálního ústavu Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze.
Vysíláno v Planetáriu č. 48/2009, 28. listopadu - 5. prosince 2009.
Přepis: NEWTON Media, a.s. Redakčně upraveno.
Kompletní rozhovor si poslechněte ZDE (17:23).
