本文由公众号 “把科学带回家” 提供

给孩子最好的科学教育

世界上有少部分人能够看到天空中的双色十字架。一些医生甚至用这个方法来判断病人的眼镜有没有问题。

你能看到吗？

关键概念

偏振，海丁格内视刷

材料和操作

视网膜完好的眼睛

看3D电影的眼镜（可选）

你可以用电脑打开下面的网址，左右轻微摇晃脑袋，不要一直盯着一个地方，看看是否能在白色屏幕上发现不一样的图案。

www.blankwebsite.com/

如果你能看到下面这样的图案，你就是一个能看到双色十字架的人。

好，你觉得上面这个网址是骗人的是吗？

其实，你可以随便在WORD里建立一个白色的文档，如果你家的电脑是液晶显示屏，而你又能看到偏振光的话，上面这个蓝黄相间的图就会出现在你的视野里。

不过，这个十字架几秒钟后就会消失。一直盯着一个地方看也不能看到它。

有一些人对着蓝天也能看到双色十字架。对着蓝天看的话，此时十字架的黄色长轴总对着太阳。

总之，如果能看到双色十字架，说明你能看到偏振光，你就属于一个少数群体了。

如果你实在看不见，但是又很想体会一下这是什么感觉，请你去找一个看3D电影的那种眼镜。

拿着圆偏振镜片的3D眼镜，对着白色的液晶显示屏看，缓缓转动眼镜，你会看到这样的变化——

圆偏振镜片下LCD屏幕颜色的变化

@Oisiaa

原理

实际上，这个双色十字架叫做海丁格内视刷（Haidinger’s brush），它是偏振光在人眼中产生的特殊心理物理反应。

什么是偏振？

用下面这个振动的橡皮筋作比方。橡皮筋本来在左右和上下的方向都在振动，也就是作圆偏振运动；但是在经过一条狭缝之后，上下方向的振动被过滤了，只留下了左右方向的振动，改变为线偏振运动。

图中的圆偏振和线偏振都属于偏振。狭缝就相当于3D眼镜，能过滤某些方向的偏振。

@wikipedia

引力波，电磁波，还有光都具有偏振。1809年，我们上次介绍过的法国前总理，数学家弗朗索瓦·阿拉戈首先观察到了阳光的偏振。

圆偏振（左），线偏振（中）和非偏振光（右）。

@wikipedia

天空中的日光，以及LCD屏幕发出的光属于偏振光，因此它们能够产生海丁格内视刷现象。

最开始发现海丁格内视刷这个现象的人，是奥地利物理学家 Wilhelm Karl von Haidinger，他在1844年观察到了这个奇特的现象。

Karl von Haidinger

@wikipedia

那么，海丁格内视刷是怎么产生的呢？

目前科学家们并不确定海丁格内视刷的成因，但是有好几个理论能解释这个现象。

一种理论认为，海丁格内视刷是角膜的二次折射导致的。另一种理论则把海丁格内视刷和视网膜上色素的二色性（dichroism）联系了起来。

第二种理论认为，海丁格内视刷和视网膜黄斑（Macula lutea）有关。黄斑是视网膜中央的一个圆形区域，内含叶黄素（一种感光色素，和视觉有关）。叶黄素分子在黄斑上按照特定方向排列，可能就能感测偏振光。

视网膜黄斑所在位置（黑线所指）

虽然海丁格内视刷的成因不明，但这不妨碍它的应用。

一些医生甚至通过病人不能看到海丁格内视刷的现象，判断病人视网膜上的黄斑区域出现了病变（如水肿）。还有一些弱视治疗仪也应用了海丁格内视刷来纠正患者的旁中心注视（eccentric fixation）。

应用海丁格内视刷来纠正弱视的光刷治疗仪

当然，海丁格内视刷可能还有更了不得的应用。

一千年前，维京人曾经从挪威航海数千千米，来到了北美洲，而那时他们并没有用指南针。维京人是怎样在没有指南针的情况下远航到美洲的呢？这曾经让科学家们和考古学家很伤脑筋。

2011年，法国雷恩第一大学的物理学家发表在《皇家学会报告A》（Proceedings of the Royal Society A）的一项研究指出，维京人应该是获得了冰岛人传说中的日光石（Sunstone）。而日光石导航的原理，就利用了海丁格内视刷。

冰岛人有个传说，当乌云遮住了太阳和星星时，维京人会使用日光石在海上导航。

这些法国物理学家认为，日光石是一种消偏器，可以把偏振光变成非偏振光。把消偏器放在眼前再拿开的话，眼睛里就会出现海丁格内视刷，而海丁格内视刷的黄色轴指向的就是太阳的方向。

如此一来，在看不见太阳的阴天，维京人也可以利用阳光导航了。这类日光石很有可能是能充当消偏器的方解石、堇青石，或者电气石。

海丁格内视刷的长轴（黄色）指向太阳，因为海丁格内视刷的8形的十字架中的蓝色部分总是和偏振的电矢量方向平行，而黄色部分则垂直于电矢量方向方向。

@DOI：10.1098/rsos.160688

不管维京人是不是需要日光时道具才能判断太阳方位，能够徒手看到偏振光的动物倒是不少。比如，蜜蜂、蚂蚁、章鱼、皮皮虾，还有一些鸟类就能依靠偏振光导航，判断太阳的方位。

所以说啊，也可以考虑一下维京人用皮皮虾当日光石带路的可能性啊。维京人说不定早就有“皮皮虾我们走”的段子了！

来源: 把科学带回家