Когда Легенды Становятся Реальностью. Часть II. Древний GPS

Известный английский писатель-фантаст и футуролог Артур Кларк сказал когда-то: «Любая достаточно развитая технология неотличима от магии.» Слова великого фантаста подтверждает удивительная история о солнечном камне и викингах, о которой мы начали рассказывать в первой части «Когда легенда становится реальностью. Часть I. Магические силы викингов».

Итак, в первой части мы рассказывали о древней легенде викингов «Прядь о Раудульве». В ней упоминается некий артефакт, при помощи которого древние викинги в совершенно пасмурную погоду могли определить местоположение Солнца над горизонтом.

«На утро, конунг Олав позвал к себе хозяина и его сыновей. Погода стояла плохая, шел сильный снег, как и предсказывал Сигурд. Конунг послал человека выглянуть наружу, и тот не увидел на небе ни единого просвета. Тогда Олав спросил у Сигурда, насколько высоко поднялось солнце. Услышав ответ, конунг приказал принести солнечный камень и убедился, что всё было именно так, как и сказал старший сын Раудульфа.«

Все изменилось в конце 1990-х, когда исландский шпат (прозрачная крупнокристаллическая разновидность кальцита) был найден среди навигационных инструментов в затонувшем корабле 16-го века. Эта находка подтвердила ряд исследований, в которых ученые предполагали, что при помощи этого камня можно даже невооруженным глазом определить направление Солнца с точностью до нескольких градусов в облачную погоду, в сумерках, и даже когда солнце находится за горизонтом. Эти исследования плюс корабельная находка однозначно подтвердили: солнечный камень — не сказка! Это — поляризационный кристалл! А его «волшебный» секрет кроется в двух явлениях: поляризации света и двойном лучепреломлении.

Поляризация света

Поляризация — это зависимость электрических, магнитных и других свойств или процессов от их расположения и направления. Поляризация может иметь волновую природу и свойства, как, например, вибрации гитарной струны. В зависимости от того, как натянута струна, вибрации могут быть в вертикальном или горизонтальном направлении или под любым углом, перпендикулярным струне. Свет также обладает этим свойством, и мы прекрасно умеем использовать поляризацию света.

3D очки (Собственная фотография).

Давайте возьмем, например, 3D фильмы. Чтобы увидеть эффект трёхмерного изображения, мы одеваем специальные очки. Хотя в современных 3D-очках обе линзы кажутся нам прозрачными (в отличие от ранее использовавшихся красно-синих очков) и через них мы можем видеть все цвета, мы не можем видеть через них все углы поляризации. Обычно свет приходит неполяризованным, то есть в нём содержатся все углы поляризации, и он передается во всех направлениях. 3D-очки отфильтровывают приходящий свет таким образом, что через каждую линзу проходит только один определенный угол поляризации.

Каждая линза 3D очков трансформирует неполяризованный луч, в луч поляризованный линейно в одном определённом направлении. Вертикальные составляющие волн проходят через поляризатор, тогда как горизонтальные составляющие поглощаются или отражаются. Source: http://www.virtualmuseum.ca/

Если мы попытаемся взглянуть на 3D-картинку без специальных очков, то увидим размытое изображение. Причина этого в том, что на экране есть одновременно два похожих изображения с разной перспективой (углом) и небольшим расстоянием между ними, и каждое из них транслируется с разными углами поляризации. Каждая из линз 3D очков пропускает только одно из изображений, и тем самым позволяет каждому глазу увидеть только одно изображение из двух, другими словами, только одну перспективу. Расстояние между изображениями и их перспективами создает эффект объёмного изображения.

Зная все это, мы можем обнаружить поляризованный свет (естественно, при помощи очков)! Одним из примеров могут быть жидкокристальные (ЖК, LCD) экраны, которые используются в большинстве ноутбуков. Эти экраны излучают поляризованный свет, а значит, что наши 3D-очки могут его фильтровать.

Видео, демонстрирующее 3D очки в действии. Линзы очков пропускают только свет поляризованный в одном направлении, а жидкокристаллический экран является источником поляризованного света (Из личного архива).

Вода также поляризует свет. Свет, отражающийся от поверхности воды, частично или полностью поляризован в направлении, параллельном этой плоскости. Вода поглощает большую часть света, который не параллелен поверхности, и отражает лучи, которые поляризованы параллельно поверхности. Мы можем легко проверить это с помощью 3D-очков:

Слева: фотография лужи в дождливый день. Справа: эта же лужа через 3D очки. (Из личного архива).
Вид лужи через каждую отдельную линзу 3D-очков. Через левую линзу отражения в луже не видно потому что поляризованный свет фильтруется. В правой линзе отражение видно. (Из личного архива).
Взгляд через правую линзу под углом в 0 (справа) и 90 (слева) градусов. Отражение появляется из-за фильтрации поляризованного света (Из личного архива).

Вверху справа: лужа в дождливый день. Сверху слева: та же лужа через 3D-очки. Внизу справа: лужа, которая видна сквозь каждую линзу 3D-очков. Через правую линзу видно отражение в луже, в то время как оно не видно в левой линзе, потому что его поляризованный свет фильтруется. Слева внизу: та же правая линза, но под углом 90 градусов: под одним углом видно отражение в луже, а в другом нет, потому что его поляризованный свет фильтруется.

Понятно, что вода есть не только в земной тверди, но и на небе в виде влажности и облаков. И именно это и помогало викингам использовать поляризационный кристалл как «солнечные часы».

Двойное лучепреломление

Лучи света, проходя через прозрачное вещество (например, стекло или воду), меняют свое направление. Это явление называется преломлением света, и именно благодаря нему, предметы, помещенные в воду или в прозрачный пластик, выглядят изогнутыми (как-бы из двух частей).

Слева: ручка, частично погруженная в миску с водой, кажется изогнутой из-за преломления света на поверхности воды. Справа: луч света преломляется в пластиковом параллелепипеде. Attribution — Left: By Ulflund — Own work, CC0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=73684026. Right: By ajizai — http://www.docstoc.com/docs/130534946/Chapter-7-Refractive-index, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=30455241.

Исландский шпат обладает еще более сложными физическими свойством, а именно, двойным лучепреломлением, которое отвечает за двойное преломление света. Луч света, проходя через такой двулучепреломляющий материал, расщепляется на два луча, который пойдут по разным направлениям. В свою очередь, эти направления зависят от поляризации лучей.

Пример двойного лучепреломления: лазерный луч проходящий слева направо через кристалл кальцита, расщепляется на два луча. By Jan Pavelka — Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=45341180.
Видео двойного лучепреломления, получаемого при прохождении луча через кристалл кальцита. Одно изображение вращается вокруг другого (Из личного архива)

Итак, у нас есть почти все необходимые материалы и физические объяснения, чтобы найти Солнце в пасмурный день и даже когда оно «село» за горизонт! Как это сделать (подробную инструкцию), мы опишем в третьей и последней части нашей собственной саги, которая будет опубликована в самое ближайшее время!


Статьи по теме:


Featured image: A sunstone (Iceland spar — Исландский шпат). Own work.

Facebook Comments