Luce polarizzata e il Super Sense che non sapevi di avere

Luce polarizzata e il Super Sense che non sapevi di avere

Hai mai immaginato di avere una superpotenza? Qualcosa che puoi chiamare quando ne hai bisogno, per fornirti ulteriori informazioni sul mondo? OK, non è la visione a raggi X, ma i tuoi occhi hanno abilità di cui potresti non essere a conoscenza.

Abbiamo tutti familiarità con il colore e la luminosità, ma esiste una terza proprietà della luce: la "polarizzazione" che ci indica l'orientamento in cui le onde luminose oscillano. Gli animali, come le api e le formiche, usano gli schemi di polarizzazione nel cielo come aiuto alla navigazione. Ma poche persone, anche nella comunità scientifica, sono consapevoli che gli esseri umani possono percepire la polarizzazione della luce ad occhio nudo.

In ricerca abbiamo appena pubblicato negli Atti della Royal Society B, abbiamo usato un esperimento che è stato originariamente progettato per testare le capacità visive di polpi e seppie per indagare la nostra capacità umana di percepire questa luce polarizzata.

Usiamo già la luce polarizzata

Immagina che una corda per saltare sia un'onda leggera che viaggia attraverso lo spazio. Se muovi la corda da un lato all'altro, l'onda che fai è polarizzata orizzontalmente. Ma se lo agiti su e giù crei un'onda verticalmente polarizzata. Generalmente, la luce è una miscela di polarizzazioni, ma a volte - ad esempio in alcune parti del cielo, sullo schermo del computer e nei riflessi dell'acqua o del vetro - una grande percentuale delle onde oscilla nello stesso orientamento. Questa luce è descritta come fortemente polarizzata.

Probabilmente vi siete imbattuti in una tecnologia costruita intorno alla luce polarizzata. Ad esempio gli occhiali da sole "Polaroid" lavoro di bloccando la luce polarizzata che viene riflessa dalle superfici lucide come i cofani della macchina o la superficie dell'acqua. Questo è possibile perché la luce riflessa nei nostri occhi dalle superfici orizzontali è polarizzata orizzontalmente e gli occhiali da sole hanno una struttura simile a una staccionata, quindi lasciano entrare solo le oscillazioni verticalmente polarizzate, bloccando i riflessi luminosi polarizzati orizzontalmente. La luce polarizzata è il cuore del moderno cinema 3D e schermi per computer LCD, smartphone e tablet.

Quindi se la luce polarizzata è in realtà abbastanza comune all'aperto, a casa tua e nel tuo ufficio - come mai non hai notato nulla di speciale prima d'ora?

Haidinger's Brushes

Gli esseri umani percepiscono la luce polarizzata usando "i pennelli di Haidinger", un effetto visivo sottile che appare come un papillon giallo ad angolo retto rispetto all'angolo di polarizzazione. Puoi anche vedere un papillon bluastro ad angolo retto rispetto a quello giallo. L'effetto ha origine all'interno dell'occhio stesso e non è l'immagine di un vero oggetto esterno, quindi i pennelli di Haidinger di solito svaniscono in un paio di secondi mentre il cervello li elabora. Questo è uno dei motivi per cui poche persone li notano quotidianamente e perché in precedenza sono stati abbastanza difficili da studiare.

Utilizzando schermi LCD in grado di rinfrescare costantemente l'effetto, siamo stati in grado di effettuare le prime misurazioni della dinamica dei pennelli di Haidinger, confermando la previsione che alcuni individui percepirebbero l'orientamento del papillon a "flip-flop" come polarizzazione l'angolo è ruotato.

I nostri risultati mostrano che la tua cornea può influire notevolmente sulla tua percezione della luce polarizzata. Poiché le proprietà ottiche della cornea variano da individuo a individuo, ciò può anche spiegare perché le persone spesso riportano la propria esperienza di vedere I pennelli di Haidinger in modo diverso.

Per vedere i pennelli di Haidinger per te, guarda una porzione bianca vuota di uno schermo LCD su un computer, tablet o telefono. Inclina la testa da un lato all'altro e le cravatte a fiocco gialle e blu deboli, leggermente più larghe del pollice, dovrebbero diventare visibili. Con la pratica, puoi quindi vederli nelle parti blu del cielo a gradi 90 dal sole, in particolare all'alba e al tramonto.

I modelli di polarizzazione dei lucernari, causati dalla dispersione della luce nell'atmosfera, sono tali che l'asse lungo del farfallino giallo punterà approssimativamente verso il sole.

Cosa succede nel cervello

In studi precedenti Gli schermi LCD sono stati utilizzati per testare la sensibilità alla polarizzazione negli organismi acquatici. Il nostro studio ha testato i limiti della sensibilità della polarizzazione umana, sviluppando filtri speciali per variare la percentuale di luce polarizzata che raggiunge l'occhio da 0% a 100%.

Questo era per stabilire la polarizzazione percentuale minima alla quale i pennelli di Haidinger potevano essere rilevati. Tra le persone 24, la soglia di sensibilità di polarizzazione media era 56%. Alcune persone potevano ancora vedere i pennelli di Haidinger quando la luce era inferiore al 25% polarizzato - non abbastanza buono come la seppia ma comunque meglio di qualsiasi altro vertebrato testato fino ad oggi.

La capacità di vedere i pennelli di Haidinger è causata dall'organizzazione circolarmente simmetrica dei pigmenti carotenoidi nella macula (un'area che copre e protegge la parte centrale della retina). La luce blu che oscilla parallelamente a queste molecole del pigmento viene fortemente assorbita. La luce bianca, che è impoverita in blu, appare gialla, il che spiega l'effetto del papillon giallo. Si pensa che le parti blu dei pennelli siano generate dal cervello in risposta alla presenza inaspettata del giallo.

Potrebbe essere possibile utilizzare i nostri poteri di polarizzazione per sempre? Il rischio di acquisire degenerazione maculare legata all'età ha precedentemente stato associato con bassa densità di pigmento carotenoide nella macula.

Poiché AMD è attualmente la principale causa di cecità nel mondo sviluppato e trovare un indicatore diagnostico della fase iniziale prima che si verifichi una perdita visiva effettiva è una priorità di ricerca. Speriamo che la sensibilità alla polarizzazione possa essere utilizzata per indagare e, infine, monitorare eventuali cambiamenti nell'organizzazione dei pigmenti che si verificano nelle prime fasi di questa condizione degenerativa dell'occhio. È necessario più lavoro per valutare il potenziale medico di questo tipo di test.

I pennelli di Haidinger forniscono anche una dimostrazione della fisica della luce e dell'anatomia dell'occhio umano. Togliendo lo strato di polaroid da un vecchio schermo LCD puoi creare la tua versione semplificata del nostro test; le lettere in bianco e nero si trasformano in angoli di polarizzazione contrastanti una volta rimosso il film polarizzante.

Ad una recente festival della scienza Ho cercato di convincere la gente a fare un "octopus eye test" leggendo le lettere nascoste usando solo la loro sensibilità alla polarizzazione. E 'andato giù per una tempesta, tranne che con un ragazzino, che era terrorizzato dal copricapo di polpo che lo accompagnava. È ora di lavorare su un super-costume meno intimidatorio.

Circa l'autore

mcgregor julietteJuliette McGregor è ricercatrice presso l'Università di Leicester. I suoi interessi di ricerca sono diversi ma incentrati sull'imaging biologico, sia in termini di sviluppo di nuove tecniche di imaging per uso biologico che di approcci all'imaging trovati in natura (visione!). Questo lavoro si basa molto sull'interfaccia tra fisica e biologia.

Questo articolo è stato pubblicato in origine The Conversation. Leggi il articolo originale.

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