相信很多人都有這樣的經驗 在大太陽時出門逛街 想看櫥窗內的商品 或是想看車子裡面坐的是誰 都會被惱人的反光影響 要靠近或是到陰影下才能看清楚 但如果戴上偏光太陽眼鏡 問題就解決了 為什麼會有反光呢？ 偏光眼鏡又是用了什麼神奇的原理 來解決反光的問題？ 在解答這些問題之前 讓我們先複習一下電磁波的基本性質 電磁波是橫波 有一定的振盪方向 因此具有偏振性 用繩波來類比 當上下甩動時 偏振方向為上下 左右甩動時 偏振方向為左右 而縱波則只會朝著傳播方向振盪 因此不具有偏振性 電磁波是由規律振盪的電場和磁場所組成 電場、磁場、和波的行進方向 兩兩互相垂直 可以用右手定則來表示 由於電場、磁場與波的前進方向互相垂直 我們要採用哪個當作偏振的方向呢？ 科學家習慣以電磁波的電場振盪方向 為其偏振方向 因為在測量電磁波強度時 探測器是使用電場會產生電流的原理 測到的電流愈大 表示該方向的電場愈強 當探測器方向與電場振盪方向平行時 可以測量到最明顯的振盪訊號 因此一般習慣以電場作為電磁波的偏振方向 由於光也是一種電磁波 光也具有偏振性 就是我們常講的「偏光」 生活中常見的光 比如太陽光、燈泡發出的光等等 是由許多不同偏振方向的光所組成 當通過偏振片時 只有平行偏振片的光可以通過 如果再加上一個 與原本偏振方向相差theta角的偏振片 可以通過的電磁波強度 會削弱至原本的cos theta平方倍 但方向不變 當兩偏振片互相垂直時 則沒有光線可以通過 偏光太陽眼鏡裡面只有一個偏光片 如果太陽光是由許多不同的偏振方向的光所組成 理論上只能消除和偏光片方向垂直的光 但為何戴上太陽眼鏡之後 幾乎所有的反射光都被消除了？ 這是因為光與物體交互作用後 所產生的反射光 主要為平行於物體表面的偏振光 因此能被一片偏光片所濾除 要解釋這個現象 讓我們先來瞭解一下 電磁波是如何與物體交互作用的 當光照射到物體表面 被物體表面的粒子吸收 某些粒子有帶微弱的電荷 也就是擁有電偶極 會跟著電磁波的電場方向來回振盪 並發出新的電磁波 成為折射和反射光 其中折射光會進入物體 影響更多帶電粒子 產生更多電磁波 反射光則遠離物體表面被我們看到 因此 反射光主要由被折射光所激發的帶電粒子所產生 由於電偶極會跟著折射光的電場振盪 且垂直電偶極振盪的方向 無法產生振盪的電場 因此所形成的反射光的偏振方向 主要是平行於物體表面的偏振方向 當折射和反射方向正好垂直時 電偶極振盪方向與反射光的垂直偏振方向剛好垂直 因此只會有平行表面的偏振光反射回來 由於反射光主要為平行物體表面的偏振光 且太陽光主要由上往下打 因此當我們走在路上 所看見物體之反射光的偏振方向 主要為水平方向 因此只要太陽眼鏡中的偏振片 是垂直於地面的方向 就可以濾掉大部分的反射光了 是不是很神奇呢？ 我們來思考一下這個問題 根據你對電磁波偏振的瞭解 下面哪一個實驗的預測是錯誤的？ 由於自然光是混合不同偏振方向的光 沒特別偏好哪個方向 而偏振片只能過濾掉一個方向的偏振光 因此當轉動偏振片時 明暗不會有明顯的變化 而和 則因為自然光已經被反射 或是經過一個偏振片 主要只具有單一方向的偏振光 因此透過另一個轉動的偏振片看時 會有明顯的明暗變化 讓我們來總結一下這支影片的學習內容 橫波有一定的振盪方向 具有偏振性 縱波則沒有 電磁波是一種橫波 具有偏振性 偏振方向定義為電場的振盪方向 自然光由許多不同偏振方向的電磁波所組成 當通過偏振片時 只有平行於偏振方向的電磁波可以通過 反射光中主要是平行於物體表面的偏振光 其實最早科學家發現光的偏振現象 是方解石的雙折射現象 於1669年 由一位丹麥科學家巴多林所發現 但當時他無法解釋此現象的物理機制 後來科學家有了「光是橫波還是縱波」的爭論 有科學家就提出猜想 如果光是橫波 就會有偏振性質 當光照射到各向異性的晶體 比如方解石 不同偏振方向會有不同的折射率 如此便可以解釋晶體的雙折射現象 因此這個現象在光學的發展上 也扮演了一個重要的角色 科學研究就像這樣 科學家嘗試提出不同的理論 來解釋自然界的現象 當可以解釋的愈多 就愈被科學界廣泛的接受 若出現新的無法解釋的現象 科學理論就要被修正 因此 想學習更多新知的你 記得隨時保持質疑、求證與謙卑學習的態度 如此你就能發現 這個世界原來這麼新奇有趣 你最近有發現什麼有趣的科學現象嗎？ 歡迎跟同學分享喔 今天就到這邊了 bye bye~