Удивительная физика. Магия, из которой состоит мир

Другая магическая способность кристаллов – триболюминесценция: некоторые кристаллы начинают светиться, если их потереть или постучать по ним. Одно из первых задокументированных применений этого свойства нашли члены североамериканского племени анкомпагри народа юте: они собирали кристаллы кварца в горах Колорадо и Юты и складывали их в прозрачные короба из бизоньей шкуры. Когда такой короб трясли, кристаллы ударялись друг об друга и начинали светиться. Свойством триболюминесценции обладает и сахар: сахарный песок состоит из отдельных кристаллов, и, если насыпать его в блендер в темноте, можно увидеть, как от этих кристаллов исходит жутковатое оранжевое свечение. В современном шаманском фольклоре известны утверждения, что кристаллы ЛСД также могут светиться, если потрясти их в темноте[29].

Один из самых ясных примеров способностей кристаллов, которые мне довелось наблюдать, касался двойного лучепреломления. Этим свойством обладают кристаллы кальцита: если положить такой кристалл на книжную страницу, в кристалле появятся два изображения текста. При повороте кристалла одно из изображений будет совершать пируэты вокруг другого.

Чтобы понять, как действует магическое воздействие кальцита на свет, сначала необходимо разобраться в некоторых не столь известных свойствах самого света. А именно, у света есть так называемая поляризация. Основная идея – что свет можно представить себе в виде волны – не слишком сложна. Если привязать один конец веревки к столбу, отойти от него так, чтобы веревка была несколько натянута, и начать раскачивать второй конец веревки вверх и вниз, на ней образуется волна. Точно так же можно создать волну, раскачивая конец веревки влево и вправо. Глядя вдоль веревки, в первом случае вы увидите, что все ее движение происходит в вертикальном направлении, а во втором случае – в горизонтальном. Направление, в котором происходит такое движение, называется плоскостью поляризации. Если бы можно было посмотреть таким же образом вдоль распространяющегося светового луча, вы увидели бы, что у него есть электрическое поле, колеблющееся (скажем) вверх и вниз, и магнитное поле, колеблющееся влево и вправо. Направление, в котором колеблется электрическое поле, называют плоскостью поляризации света.

В зависимости от того, как генерируется свет, он может быть поляризованным или неполяризованным. Солнечный свет не поляризован, что значит, что его можно видеть под любым углом поляризации. С другой стороны, свет, исходящий от жидкокристаллического экрана, например компьютерного, сильно поляризован. (Молекулы жидких кристаллов экрана ориентируются под воздействием электрических токов, пропуская свет только в случае определенной ориентации молекул.)

Волны, возникающие при вертикальном (вверху) или горизонтальном (внизу) раскачивании привязанной к столбу веревки. Направление раскачивания определяет поляризацию волны

В кальците свет с одной поляризацией распространяется с одной скоростью, а свет, поляризованный под прямым углом к поляризации первого, – с другой. Замедляясь при попадании в вещество, свет преломляется и изменяет направление; именно поэтому ловля рыбы копьем требует большого искусства: из-за преломления света в воде кажется, что рыба находится не там, где она есть на самом деле. Поскольку скорость распространения света с двумя разными поляризациями в кальците неодинакова, в результате преломления по-разному изменяется и направление его распространения. Если направить на кальцит пучок неполяризованного света, он расщепится на два (по одному на каждую поляризацию), и вы увидите в кристалле два изображения слов.

В нашей срединной области существует постоянная скорость света в вакууме. Это наибольшая возможная скорость, остающаяся неизменной, в какую бы сторону вы ни смотрели. Но, если бы вы уменьшились настолько, чтобы попасть в квантовую область и проникнуть внутрь кристалла кальцита, вы обнаружили бы, что существуют две разные скорости света – и его скорость зависит от того, в каком направлении вы смотрите.

Двойное лучепреломление позволяет предположить, что в прошлом у кристаллов кальцита было одно интересное применение: возможно, викинги применяли их для навигации в морских путешествиях. Это предположение основано на исландских текстах, записанных в XIII и XIV веках – в них есть упоминания об использовании «солнечных камней» для определения положения солнца в затянутом облаками небе: