Magica quantica polarica

Písal sa rok 1001. Husto snežilo a posádka drakaru váhala ako ďalej. Vikinský kráľ nechal priniesť slnečný kameň a určil smer plavby. Nevediac o tom, využil skrytý svet svetla – polarizáciu.

Zatiaľ sa nenašli priame dôkazy, že by Vikingovia naozaj používali pri navigácii slnečné kamene. Určite sa však zaslúžili o objavenie Islandu, na ktorom sa vyskytuje islandský kalcit – kryštál, ktorý nám umožnil objaviť svet polarizácie svetla. História sa začala v roku 1669 v Kodani, keď dánsky vedec a lekár Erasmus Bartholinus ako prvý popísal dvojlom svetla na islandskom kalcite – jav, pri ktorom sa dopadajúci lúč rozdvojí. Dvojlom vŕtal v hlavách Isaaca Newtona aj Christiaana Huygensa a obaja si ho vysvetľovali po svojom. Ani jeden z nich však naozaj nehovoril o rôznych polarizáciách svetla.

Magica polarica

V roku 1808 si francúzsky fyzik Étienne-Louis Malus všimol, že pri pohľade cez kryštál islandského kalcitu sa intenzita svetla odrazeného od okien Luxemburského paláca v Paríži mení v závislosti od jeho natočenia. Experimentovaním É.-L. Malus usúdil, že odrazené svetlo (od rôznych povrchov) môže byť vnútorne akosi usporiadané podľa určitého smeru, teda polarizované. Mal predstavu, že častice svetla sú ako magnetky, ktoré sa pri odraze zarovnajú do istého smeru. Začal hovoriť o polarizácii svetla a sformuloval Malusov zákon, ktorý hovorí o vzťahu medzi intenzitami dopadajúceho a prechádzajúceho svetla v závislosti od ich relatívnej polarizácie.

V súvislosti s Malusovým zákonom v súčasnosti namiesto islandského kryštálu používame polarizačné filtre (polarizátory) a svetlo popisujeme ako elektromagnetické vlnenie. V rámci tejto predstavy polarizácia vyjadruje spôsob kmitania elektromagnetického poľa, ktoré vždy kmitá v rovine kolmej na smer šírenia sa. Ak kmitá hore a dolu v jednom konkrétnom smere, tak hovoríme o lineárne polarizovanom svetle. Rozlišujeme napríklad horizontálnu polarizáciu (H), keď kmitanie prebieha rovnobežne s horizontom. Ak je kmitanie na horizont kolmé, tak hovoríme o vertikálnej polarizácii (V). Kmitanie v smere presne medzi horizontálnym a vertikálnym označujeme ako diagonálne polarizované svetlo (D). A polarizáciu kolmú na tú diagonálnu nazývame antidiagonálna (A).

Cosinus quadratus

Malusov zákon nám hovorí, že vzájomným otáčaním dvoch polarizátorov vieme kontrolovať intenzitu prechádzajúceho svetla. Svetlo po prechode polarizátorom nezmení frekvenciu ani smer šírenia sa, ale jeho polarizácia získa orientáciu polarizátora. Polarizátor prepustené svetlo spolarizuje na svoj obraz, nech už bola jeho pôvodná polarizácia akákoľvek. Intenzita svetla prepusteného polarizátorom závisí od druhej mocniny kosínusu uhla medzi jeho pôvodnou polarizáciou a natočením polarizátora. Čím viac sa tento uhol približuje ku kolmému, tým menej svetla prejde. Natočením dvoch polarizátorov kolmo na seba prechodu svetla zabránime úplne.

Autori článku:
Alexandra Butašová, študentka Gymnázia Metodova, Bratislava
Mário Ziman, Fyzikálny ústav SAV, v. v. i., v Bratislave
Ilustrácie: Diana Cencer Garafová
QUTE.sk – Národné centrum pre kvantové technológie
Zdroje obrázkov wikipédia, Adobe Stock, AI