Блог

Apr 01, 2023

Физика

Когда пандемия COVID-19 закрыла университеты и офисы по всему миру

Когда весной 2020 года из-за пандемии COVID-19 университеты и офисы по всему миру были закрыты, поиск новых хобби, позволяющих избавиться от страха (и скуки), стал первостепенным. В то время как некоторые занялись вышивкой крестиком или новым упражнением на растяжку, Аарон Слепков, исследователь фотоники из Трентского университета в Питерборо, Канада, чтобы занять свое время, обратился к вдохновленному физикой виду искусства под названием «polage».

Полаж, или окраска с поляризационным фильтром, как называет это Слепков, — это своего рода коллаж, в котором используются поляризаторы и тонкие пленки для создания ярких цветных произведений искусства, которые трансформируются в зависимости от того, как вы на них смотрите. Эта метаморфоза стала возможной благодаря двойному лучепреломлению — оптическому свойству некоторых материалов, которое изменяет состояние поляризации проходящего света. Примеры материалов с двойным лучепреломлением включают лед, кристаллы кальцита, целлофановую пленку и прозрачную ленту.

Двулучепреломление было впервые обнаружено в 1600-х годах и с тех пор использовалось в самых разных целях: от измерения внутреннего напряжения стекла до изучения внутренней структуры минералов. Однако, несмотря на долгую историю двойного лучепреломления, в мире искусства оно появилось совсем недавно. Термин «поляж» впервые был придуман Остиной Вуд Комароу в 1967 году, после того как она начала работать с целлофаном и поляризационными фильтрами. Ее красочные, абстрактные произведения на тему природы выставлялись в научных музеях по всему миру.

Слепкову не привыкать исследовать фантастическую сторону физики или то, что он называет «исследованиями, движимыми любопытством». В 2019 году Слепков и его ученики попали в заголовки газет, исследуя, почему грозди винограда взрываются плазменными вспышками при нагревании в микроволновой печи. Его лаборатория также изучила закон Бенфорда — аномальное распределение цифр во многих реальных наборах данных — чтобы определить, можно ли его использовать для мошенничества при ответе на количественные вопросы с несколькими вариантами ответов.

Полаж впервые привлек внимание Слепкова, когда просматривал академические темы в Твиттере, и он стал все больше интересоваться наукой, лежащей в основе этого проекта декоративно-прикладного искусства, после того, как познакомил с ним своих детей во время изоляции. «Я показывал им на экране своего компьютера, как я могу визуализировать искусство в солнцезащитных очках, поскольку у меня не было поляризаторов», — говорит Слепков. «Честно говоря, им это не особо нравилось».

Углубляясь в науку о двойном лучепреломлении, Слепков обнаружил множество оставшихся без ответа вопросов об этом оптическом явлении и его роли в искусстве. В частности, было неясно, что должен делать художник — накладывать и ориентировать пленки, чтобы получить определенный цвет. «Как это сделать, было непонятно», — говорит Слепков. «Как человек, преподающий оптику, я внезапно увидел множество очень интересных объяснений, как математических, так и феноменологических, того, как работают методы поляжа».

В то время как его собственные дети рано потеряли интерес к проекту, сын его коллеги, школьник старшего возраста, нашел этот предмет увлекательным. Слепков привлек этого студента к участию в импровизированном исследовательском проекте. Используя спектрометр и другое оборудование, тайно доставленное домой из его лаборатории, исследовательский дуэт работал у себя дома и над Zoom, проводя эксперименты по формализации количественного двойного лучепреломления различных лент. Этим летом Слепков опубликовал две статьи на эту тему [1, 2].

В самом простом виде, по словам Слепкова, создание красивых двулучепреломляющих дисплеев состоит из трех шагов. Сначала белый свет проходит через первоначальный поляризатор, который заставляет световые волны быть линейно поляризованными. Затем этот свет проходит через двулучепреломляющий материал, в данном случае различные слои скотча, который меняет поляризацию с линейной на эллиптическую. Точная форма эллиптической поляризации зависит от длины волны света, а также от ориентации и толщины слоев ленты.

Этот эллиптически поляризованный свет затем проходит через второй, последний поляризатор, чтобы цвета стали видны зрителю. В зависимости от ориентации этого поляризатора некоторые длины волн будут блокироваться, а другие длины волн будут передаваться, создавая так называемые «неспектральные цвета». Вместо того, чтобы создавать, скажем, «чистый» синий цвет с длиной волны 450 нм, Слепков объясняет, что полаж имеет тенденцию создавать смесь длин волн, которые вместе дают более пастельный синий цвет.