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王孟祺/北海小英雄的偏光鏡

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2016-12-11 11:38:45 聯合報 王孟祺

五、六年級的朋友們大概都對『北海小英雄』這部卡通影片記憶猶新。北海小英雄描述的是維京人小威運用智慧幫助水手們渡過難關的冒險故事。在那個還沒有羅盤、GPS定位的年代,維京人就能在北海來去自如,最遠達北美州的紐芬蘭島一帶。在高緯度的地帶日照時間短,又常常被雲霧所遮蓋,如何在茫茫的海上定位,找到回家的路,據說是靠著神秘的「太陽石」。太陽石其實是冰島的方解石(成分為碳酸鈣),據有偏光的特性,當轉動石頭到某個角度,就可以指向太陽的方向,就算被厚厚雲層掩蓋,也能輕易找出太陽的方向,精準度僅在1度角的誤差內。

什麼叫偏光呢?高中物理提到光的二象性,可以把光看成粒子,具有波動的特性。光線是電磁波動的一種,有電場與磁場波動,彼此方向互相垂直,而兩者都垂直於電磁波的傳播方向。理論上,只要垂直於傳播的方向,電場可呈任意方向振盪。如果電場的振盪只朝著單獨一個方向,就說光線被「偏振」(polarization)了,可以讓光線只朝一個方向振盪的鏡片,我們就叫做偏光鏡,偏光鏡可以讓『非偏振光』變成『偏振光』。

利用偏光鏡 捕魚有奇效

太陽光線也會被空氣中的粒子偏振,通常是以太陽為中心的圓周切線方向,最大偏振發生在90度的方向上。因此當太陽在天頂時,太陽光順著地平線水平方向偏振,而日落西山時,偏振的方向就和地平線呈垂直了。太陽光被水平的表面如水面或地面反射時,也會讓部分光線偏振成水平方向。因此我們可以配戴垂直偏光鏡來阻擋水平偏振的反射光,讓我們的視覺不受反射光干擾,許多駕駛或水上運動員,都會利用偏光鏡來提高視覺的敏銳度,漁夫們也可以透過偏光鏡看清楚水面下的魚。

人類無法感受到光線偏振方向,但許多昆蟲卻擁有所謂的P視覺,可以使用P視覺來辨別方向與互通訊息。最知名的就是小蜜蜂的8字搖擺舞了,即使在陰天,P視覺也可以讓蜜蜂知道太陽的位置,回到蜂巢後,再以太陽為參考標的,往花朵方向以固定角度一面行走一面搖擺他們的腹部,再左右回旋重覆相同的動作。搖擺走的方向,搖擺速度和距離,就可以告訴蜂巢中其他伙伴食物的方位與距離,不用語言也可傳遞精準資訊。奧地利的卡爾·馮·弗里希博士因此行為的研究,獲得1973年諾貝爾醫學獎。

人類無法感受到光線偏振方向,但許多昆蟲卻擁有所謂的P視覺,可以使用P視覺來辨別方...
人類無法感受到光線偏振方向,但許多昆蟲卻擁有所謂的P視覺,可以使用P視覺來辨別方向與互通訊息。王孟祺 圖╱嘎哩啦賽

偏光作祟 3D電影變立體

偏光鏡除了用在太陽眼鏡上,也應用在攝影中,讓藍色天空顯得更藍,或在拍攝櫥窗內的景物時減少玻璃的反射光。我們看3D電影時使用的眼鏡也是偏光鏡,左右眼接收不同偏振的光線而產生立體感。許多藝術品展示也利用光線偏振的原理,讓人從不同角度可以看到不同面貌。光線偏振在日常生活中有極大的應用。

各位看到此一定很想知道自己買的偏光太陽眼鏡是不是真有偏光效果。提供自我檢測小訣竅:只要將您的眼鏡拿到液晶螢幕前旋 轉,透過眼鏡觀看螢幕,有偏光效果的眼鏡在旋轉到90度時螢幕的光線不會通過,所以透過眼鏡只會看到黑色,看不到螢幕影像。但如果沒有偏光效果的眼鏡,看起來就沒有變化了,趕快拿起你的眼鏡試試看吧!

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