Έχεις φανταστεί ποτέ να έχεις μια υπερδύναμη; Κάτι που μπορείτε να καλέσετε όταν το χρειάζεστε, για να σας δώσει επιπλέον πληροφορίες για τον κόσμο; Εντάξει, δεν είναι όραση με ακτίνες Χ, αλλά τα μάτια σας έχουν ικανότητες που μπορεί να μην γνωρίζετε.

Είμαστε όλοι εξοικειωμένοι με το χρώμα και τη φωτεινότητα, αλλά υπάρχει μια τρίτη ιδιότητα του φωτός - η «πόλωση» που μας λέει τον προσανατολισμό στον οποίο τα κύματα φωτός ταλαντεύονται. Τα ζώα, όπως οι μέλισσες και τα μυρμήγκια, χρησιμοποιούν τα μοτίβα πόλωσης στον ουρανό ως βοήθημα πλοήγησης. Αλλά λίγοι άνθρωποι, ακόμη και στην επιστημονική κοινότητα, γνωρίζουν ότι οι άνθρωποι μπορούν να αντιληφθούν την πόλωση του φωτός με γυμνό μάτι.

In έρευνα μόλις δημοσιεύσαμε στο Proceedings of the Royal Society B, χρησιμοποιήσαμε ένα πείραμα που σχεδιάστηκε αρχικά για να δοκιμάσει τις οπτικές ικανότητες των χταποδιών και των σουπιών για να διερευνήσουμε την ανθρώπινη ικανότητά μας να αντιλαμβανόμαστε αυτό το πολωμένο φως.

Χρησιμοποιούμε ήδη πολωμένο φως

Φανταστείτε ότι ένα σχοινάκι είναι ένα κύμα φωτός που ταξιδεύει στο διάστημα. Εάν μετακινήσετε το σχοινί από τη μία πλευρά στην άλλη, το κύμα που κάνετε είναι πολωμένο οριζόντια. Αλλά αν το ανακινείτε πάνω -κάτω δημιουργείτε ένα κάθετα πολωμένο κύμα. Γενικά, το φως είναι ένα μείγμα πόλωσης, αλλά μερικές φορές - για παράδειγμα σε μέρη του ουρανού, στην οθόνη του υπολογιστή σας και σε αντανακλάσεις από νερό ή γυαλί - ένα μεγάλο ποσοστό των κυμάτων ταλαντεύονται στον ίδιο προσανατολισμό. Αυτό το φως περιγράφεται ως έντονα πολωμένο.

Πιθανότατα θα έχετε ξανασυναντήσει τεχνολογία που είναι χτισμένη γύρω από το πολωμένο φως. Για παράδειγμα, γυαλιά ηλίου "Polaroid" δουλεύω από αποκλείοντας το πολωμένο φως που αντανακλάται από γυαλιστερές επιφάνειες όπως καπό αυτοκινήτων ή την επιφάνεια του νερού. Αυτό είναι δυνατό επειδή το φως που αντανακλάται στα μάτια μας από οριζόντιες επιφάνειες είναι οριζόντια πολωμένο και τα γυαλιά ηλίου έχουν μια δομή σαν φράχτη, οπότε αφήνουν μόνο τις κάθετα πολωμένες ταλαντώσεις, αποκλείοντας τις οριζόντια πολωμένες φωτεινές αντανακλάσεις. Το πολωμένο φως βρίσκεται στην καρδιά των σύγχρονων οθονών 3D κινηματογράφου και LCD, έξυπνων τηλεφώνων και tablet.

Έτσι, εάν το πολωμένο φως είναι πραγματικά πολύ κοινό σε εξωτερικούς χώρους, στο σπίτι σας και στο γραφείο σας - πώς γίνεται να μην παρατηρήσατε κάτι ιδιαίτερο μέχρι τώρα;

Βούρτσες του Χάιντινγκερ

Οι άνθρωποι αντιλαμβάνονται το πολωμένο φως χρησιμοποιώντας τα «πινέλα του Haidinger», ένα λεπτό οπτικό αποτέλεσμα που μοιάζει με κίτρινο παπιγιόν σε ορθή γωνία προς τη γωνία πόλωσης. Μπορεί επίσης να δείτε ένα μπλε παπιγιόν σε ορθή γωνία με το κίτρινο. Το αποτέλεσμα προέρχεται από το ίδιο το μάτι και δεν είναι εικόνα πραγματικού εξωτερικού αντικειμένου, οπότε οι βούρτσες του Haidinger συνήθως ξεθωριάζουν σε μερικά δευτερόλεπτα καθώς ο εγκέφαλός σας τις επεξεργάζεται. Αυτός είναι ένας από τους λόγους που λίγοι άνθρωποι τα παρατηρούν καθημερινά και γιατί ήταν προηγουμένως αρκετά δύσκολο να μελετηθούν.

Χρησιμοποιώντας οθόνες LCD ικανές να ανανεώνουν συνεχώς το αποτέλεσμα, καταφέραμε να κάνουμε τις πρώτες μετρήσεις της δυναμικής των πινέλων του Haidinger, επιβεβαιώνοντας την πρόβλεψη ότι ορισμένα άτομα θα αντιλαμβάνονταν τον προσανατολισμό του παπιγιόν στο «σαγιονάρες» ως πόλωση περιστρέφεται η γωνία.

Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι ο κερατοειδής σας μπορεί να επηρεάσει δραματικά τον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβάνεστε το πολωμένο φως. Καθώς οι οπτικές ιδιότητες του κερατοειδούς ποικίλλουν μεταξύ των ατόμων, αυτό μπορεί επίσης να εξηγήσει γιατί οι άνθρωποι συχνά αναφέρουν την εμπειρία τους του να βλέπεις Τα πινέλα του Haidinger είναι διαφορετικά.

Για να δείτε μόνοι σας τις βούρτσες του Haidinger, κοιτάξτε ένα κενό λευκό τμήμα μιας οθόνης LCD σε υπολογιστή, tablet ή τηλέφωνο. Γείρετε το κεφάλι σας από τη μία πλευρά στην άλλη και τα αμυδρά κίτρινα και μπλε παπιγιόν, ελαφρώς μεγαλύτερα από τον αντίχειρά σας, πρέπει να γίνουν ορατά. Με την εξάσκηση, μπορείτε στη συνέχεια να τα δείτε στα μπλε μέρη του ουρανού σε 90 μοίρες από τον ήλιο, ιδιαίτερα κατά την ανατολή και τη δύση του ηλίου.

Τα σχέδια πόλωσης του φεγγίτη, που προκαλούνται από τη διασπορά του φωτός στην ατμόσφαιρα, είναι τέτοια ώστε ο μακρύς άξονας του κίτρινου παπιγιόν να δείχνει περίπου προς τον ήλιο.

Τι συμβαίνει στο μυαλό

In προηγούμενες μελέτες Οι οθόνες LCD έχουν χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο της ευαισθησίας πόλωσης σε υδρόβιους οργανισμούς. Η μελέτη μας δοκίμασε τα όρια της ευαισθησίας πόλωσης του ανθρώπου, αναπτύσσοντας ειδικά φίλτρα που μεταβάλλουν το ποσοστό πολωμένου φωτός που φτάνει στο μάτι από 0% σε 100%.

Αυτό επρόκειτο να καθορίσει το ελάχιστο ποσοστό πόλωσης στο οποίο θα μπορούσαν να ανιχνευθούν οι βούρτσες του Haidinger. Μεταξύ 24 ατόμων, το μέσο όριο ευαισθησίας πόλωσης ήταν 56%. Μερικοί άνθρωποι μπορούσαν ακόμα να δουν τις βούρτσες του Haidinger όταν το φως ήταν λιγότερο πολωμένο από το 25% - όχι τόσο καλό όσο οι σουπιές αλλά ακόμα καλύτερο από οποιοδήποτε άλλο σπονδυλωτό που έχει δοκιμαστεί μέχρι σήμερα.

Η ικανότητα να βλέπεις τις βούρτσες του Haidinger προκαλείται από κυκλικά συμμετρική οργάνωση των καροτενοειδών χρωστικών στην ωχρά κηλίδα (περιοχή που καλύπτει και προστατεύει το κεντρικό τμήμα του αμφιβληστροειδούς). Το μπλε φως που ταλαντεύεται παράλληλα με αυτά τα μόρια χρωστικής απορροφάται έντονα. Το λευκό φως, το οποίο έχει εξαντληθεί σε μπλε χρώμα, εμφανίζεται κίτρινο, γεγονός που εξηγεί το κίτρινο φαινόμενο παπιγιόν. Τα μπλε μέρη των πινέλων πιστεύεται ότι παράγονται από τον εγκέφαλο ως απάντηση στην απροσδόκητη παρουσία του κίτρινου.

Μήπως είναι δυνατόν να χρησιμοποιήσουμε τις δυνάμεις πόλωσής μας για καλό; Ο κίνδυνος απόκτησης ηλικιακή εκφύλιση της ωχράς κηλίδας έχει συσχετίστηκε προηγουμένως με χαμηλή πυκνότητα καροτενοειδούς χρωστικής στην ωχρά κηλίδα.

Δεδομένου ότι η AMD είναι σήμερα η κύρια αιτία τύφλωσης στον ανεπτυγμένο κόσμο και η εύρεση διαγνωστικού δείκτη πρώτου σταδίου για αυτό πριν από την πραγματική απώλεια όρασης αποτελεί ερευνητική προτεραιότητα. Ελπίζουμε ότι η ευαισθησία πόλωσης θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη διερεύνηση και την τελική παρακολούθηση τυχόν αλλαγών στην οργάνωση των χρωστικών που συμβαίνουν στα πρώτα στάδια αυτής της εκφυλιστικής οφθαλμικής πάθησης. Απαιτείται περισσότερη δουλειά για την αξιολόγηση του ιατρικού δυναμικού τέτοιων εξετάσεων.

Οι βούρτσες του Haidinger παρέχουν επίσης μια επίδειξη της φυσικής του φωτός και της ανατομίας του ανθρώπινου ματιού. Αφαιρώντας το στρώμα polaroid από μια παλιά οθόνη LCD, μπορείτε να δημιουργήσετε τη δική σας απλοποιημένη έκδοση της δοκιμής μας. τα ασπρόμαυρα γράμματα μετατρέπονται σε αντίθετες γωνίες πόλωσης μόλις αφαιρεθεί το πολωτικό φιλμ.

Σε μια πρόσφατο φεστιβάλ επιστήμης Προσπάθησα να κάνω τους ανθρώπους να κάνουν «τεστ χταποδιού» διαβάζοντας τα κρυμμένα γράμματα χρησιμοποιώντας μόνο την ευαισθησία πόλωσης. Έπεσε θύελλα, εκτός από ένα μικρό αγόρι, το οποίο τρομοκρατήθηκε από τη συνοδευτική κόμμωση χταποδιού. Timeρα να εργαστείτε σε ένα λιγότερο εκφοβιστικό σούπερ κοστούμι.

Σχετικά με το Συγγραφέας

Η Juliette McGregor είναι Επιστημονική Συνεργάτιδα στο Πανεπιστήμιο του Leicester. Τα ερευνητικά της ενδιαφέροντα είναι ποικίλα αλλά επικεντρώνονται στη βιολογική απεικόνιση, τόσο όσον αφορά την ανάπτυξη νέων τεχνικών απεικόνισης για βιολογική χρήση όσο και προσεγγίσεις στην απεικόνιση που βρίσκεται στη φύση (όραση!). Αυτή η εργασία βρίσκεται πολύ στη διεπαφή μεταξύ φυσικής και βιολογίας.

Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στις Η Συνομιλία. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.