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吉赞和偏振光Comments>>

发表于 2009-02-07 12:47 | Tags 标签:, , ,

2007年五月的吉赞(JIZAN 红海东岸),一座宁静的城市。白色的屋顶沐浴着海风,寄居蟹在沙滩上散步,海鸥在海面起伏,棕榈叶在风中轻摇漫舞。

阿拉伯半岛之春,是红海边最美丽的季节。

clip_image002一海之隔的厄立特里亚却是另外一副模样。联合国刚刚发布了蝗灾警告,苏丹东南与厄立特里亚北部地区继旱灾之后,爆发了蝗灾,并且正在沿红海西岸向苏丹以东,厄立特里亚,埃塞俄比亚乃至索马里地区扩散。那里的夏天,将没有欢乐,没有歌舞。只会有遮天蔽日的蝗群和寸草不留的农田。

美丽的吉赞,似乎弥漫着海那边蝗群齿角砥砺的声音,人们心中的不安,像红海的潮汐,起了又落,落了又起。

这将是一个什么样的夏天?

如果你的显示器是液晶的,答案就隐藏在上面的这片空白里。

请你凝视这片空白二十秒。然后歪脑袋。如果你足够细心,你会看到两片浅黄,两头大,中间小。你再仔细点,它中间还隔着两片浅蓝。就像下面这张图。

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150年前奥地利生理学家海丁格尔首先发现这个现象,虽然别人都说多么美丽的四叶草啊,他非要说那是四个刷子,没办法,只好簆这个图像命名为“海丁格尔刷”(Haidinger's Brush)。唉,刷子就刷子吧,总好过锤子。

海丁格尔刷间接的证明了人类的眼睛,能感受偏振光的刺激。人们举着这四把刷子,向自然界骄傲的宣布:“看哪!偏振光,我们看得到!!”

后来才知道,与我们同样骄傲着的,还有虾米,苍蝇,乌贼,屎壳郎。

……

我们一直和各界友人分享着的偏振光,可以说是自然光的“一半”。自然界的光线,以波的形式传播,并在平行于传播方向的各个平面上振动,当穿过足够窄的缝隙,这束光里面,波动方向和这个缝隙的方向不一致的部分,就会被挡掉。剩下的只在一个方向上振动,形成偏振光。偏振光在自然界广泛存在,雨后闪烁的绿叶,粼粼的波光,甚至青蛙湿润的皮肤,乃至我们所用的液晶显示器,都散发着偏振光。

至于人类对偏振光的感知能力,是因为有一种叫做叶黄素的化学物质,在视网膜上一个叫做黄斑的区域,呈同心圆样排列着。叶黄素在自然界中广泛存在,分子结构纤细苗条。这种貌似普通的化学物质,有着一种特殊的光学性质:当它的长轴和偏振光振动方向平行,叶黄素将会吸收射入光线中的蓝光。

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细长的叶黄素

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叶黄素在黄斑的分布,a区域水平排列,b区域垂直分布

这样,经过B区域的叶黄素的过滤,显示器散发的垂直白色偏振光,将以黄色——蓝色的互补色——投射在视网膜感光细胞上。我们因此看到两把水平黄刷子。而垂直部分(A区域),一切照常,但是由于心理性成像(psychological vision),这部分将形成更是微弱难辨的蓝色刷子。

大部分人经过“看刷子训练”,都可以看到这个微弱的影像。

当我们在显示器前面把脑袋歪来歪去的时候,可能有一只蝗虫正飞过你的窗口,轻蔑的瞟了一眼。经过千万年的进化演变,它的复眼早已拥有了直接感受偏振光的感受器,能同时分析偏振光和普通光线的强弱,方向,偏振的方式,综合判断光源的位置,反射物的位置和性质。比如尽管前方貌似空旷,它心里知道那是一面镜子;又比如耀眼的光亮,究竟是来自太阳,还是宽阔的海面。

太阳又一次从红海上升起。

厄立特里亚的蝗群,在海边迟疑不决。刺眼的阳光,经过海面的反射,形成偏振光照进进它们的复眼,其中的绿紫色不断刺激它们的偏振光感受器,千万年来所形成的本能,警告它们不要向前了,那是一片危险的水域,不仅一无所有,稍一松懈,还会落水溺毙。。。。。。。

蝗群终于还是没有选择渡海。来自海上的偏振光警告了它们不要作无谓的冒险。而陆地上微弱的偏振反光则告诉它们,来吧,陆路是安全的。

于是蝗群沿海直下,挺进中非,所过之处, “数千里间草木皆尽,或牛马毛幡帜皆尽”。而红海东岸的吉赞,终于得保祥和与宁静。

其实当蝗群在偏振光的指引下肆意劫掠非洲的时候,自然界还有很多动物,也在分析着自然界偏振光的信息。蜜蜂正根据天空的偏振光决定交际舞的舞姿,蜻蜓正在根据水面反射的偏振光选择最佳产卵场所;地球那边的屎壳郎正边推粪球,边看月亮导航;大洋深处,螳螂虾使出浑身解数,散发着风骚的偏振光跟过路的女青年调情,可惜,一只章鱼最先看到了它的爱情之光。。。。。。

在这忙乱喧嚣的一刻,人类正戴着偏振光眼镜,抓着爆米花,盯着立体电影屏幕,时不时地发出一阵傻笑呢。

又及:

1, 蝗虫借偏振光导航,并规避水域,这已经被试验证实。但是这并不意味着蝗虫绝不会飞过海洋。文中的东非蝗灾没有向也门扩散。但是历史上却有不少蝗群飞跃红海的记录。实际上,蝗群的迁徙能力超群,最令人乍舌的是曾经在10天内飞跃了5000公里的海面!

2, 我们运动头部,看到海丁格尔刷的过程,其实还包含复杂的视网膜成像机理。但是这个过程需要更多的细节和专业名词,重要的是,回避这个细节,不妨碍文中事实的陈述。

3,海丁格尔刷,其实是一个误传。海丁格尔并没有指着美丽四叶草状图形说那是四把刷子,他说的是,啊!多么像一丛毛啊(Büschel)……冏

4,动物界利用偏振光的现象非常普及,尤其在昆虫界。其中真正的大师,是一种蝴蝶,它不仅能察觉偏振光的振幅,强弱,方向,在它的视野里,甚至构成一副彩色的画面(伪色)。人类感受偏振光的能力早已退化。不过,我们借助各种仪器设备,看到的是一个比动物们所看到更为精彩的世界。

84 Responses to “吉赞和偏振光”

  1. suosi 说道:

    那个A区域和B区域的圆圈是视网膜上的分布吗?
    还有显示器的垂直偏振光的“垂直”、叶黄素的“水平”、“垂直”都是相对于谁说的。
    黄斑的大小和形状是跟叶黄素的大小和形状有关系吗?为什么像根毛呢?而不是别的?

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  2. 路人甲 说道:

    我看到了。显示器是液晶的。这张图片是怎么做到偏振光的?

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  3. ztq121121 说道:

    请问人类借助什么仪器可以观察偏振光的振幅,强弱,方向并且构成画面呢?想鼓动实验室买一台。。。

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  4. 奈姬 说道:

    能看见,然后实验室的人能看见一个妞在不停地左右歪脑袋……

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  5. [...] 也许是受此现象启发,现在在科罗拉多大学任教的Ivan Smalyukh教授曾经做过一个类似的实验。把含有DNA的溶液液滴在玻璃板上,在干掉的过程中DNA分子也会在液滴的边缘聚集起来,拿到显微镜下观察的时候,可以得到像下面的图像。左边的小图是整个液滴痕迹在显微镜下的样子,显示DNA分子集中在边缘的地方;右边是通过偏振光显微镜和荧光显微镜图像的合成结果[3],(关于偏振光,可以参考八爪鱼的《吉赞和偏振光》[4])。 [...]

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  6. [...] C.L. Wong, Physical Review Letters 96, 177801 (2006). [4]. 八爪鱼(科学松鼠会),《吉赞和偏振光》,http://songshuhui.net/archives/8778 [5]. [...]

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