Lichtpolarisation schafft Kunst, erklärt mathematische Konzepte

Die Polarisation von Licht untermauert eine Vielzahl neuer technologischer Innovationen, darunter 3D-Kino und LCDs. In LCDs sind winzige elektronisch steuerbare Flüssigkristallelemente zwischen Polarisatoren eingebettet. Wenn stattdessen andere transparente polarisationsverändernde Folien – wie Zellophan-Geschenkpapier und Verpackungsklebeband – zwischen eine Reihe von Polarisatoren gelegt werden, kann eine Reihe von polarisationsgefilterten Farben beobachtet werden.

In dem Amerikanisches Journal für PhysikAaron Slepkov von der Trent University in Kanada, untersucht die Physik, wie solche Farben entstehen, wie sie kontrolliert werden können und warum geringfügige Änderungen des Betrachtungswinkels, der Probenorientierung und der Reihenfolge der Filmschichten zwischen Polarisatoren dramatische Auswirkungen haben können die beobachteten Farben.

Die Forschung betont visuelle Beispiele von Konzepten im Zusammenhang mit Doppelbrechung, wie Addition, Subtraktion und Operationsreihenfolge. Beispielsweise wird die nicht kommutative Natur der doppelbrechenden Addition typischerweise unter Verwendung formaler Matrizenmathematik veranschaulicht. In diesem Fall verwenden die Forscher jedoch eine Farbvisualisierung.

„Ich verwende eine visuelle Farbsprache, um subtile Physik zu veranschaulichen, die oft nur mathematisch demonstriert wird“, sagte Slepkov.

Er wurde zum Teil von der Arbeit des Künstlers Austine Wood Comarow inspiriert, der Karriere in der Anwendung polarisationsgefilterter Farbtechniken in der bildenden Kunst machte. Austine prägte den Begriff „Polage“ oder Polarisierung der Collage, um sich auf ihre Kunst zu beziehen.

Austine schuf eine breite Palette von Arbeiten, indem er raffinierte Schichten aus geschnittenem Zellophan und anderen doppelbrechenden Polymerfilmen verwendete, die mit Schichten von Filmpolarisatoren durchsetzt waren. Ihre Stücke reichen von kleinen Einzelstücken, die in ein Regal passen, bis hin zu massiven, karriereübergreifenden Installationen in Institutionen wie dem Disney Epcot Center im Jahr 1981 und dem Gyeongsangnam-do Institute of Science Education in Jinju, Südkorea, im Jahr 2017.

„In dieser Arbeit verdeutliche ich die Verbindung zwischen Polarisationsfilterung und den beobachteten Farben. Ich zeige, wie verschiedene Aspekte der Doppelbrechung in gewöhnlichen Haushaltsfilmen Chancen und Herausforderungen für ihre Verwendung in der Kunst bieten“, sagte Slepkov.

Um eine polarisationsgefilterte Farbe zu erzeugen, ist alles, was benötigt wird, eine doppelbrechende Probe, die zwischen Polarisatoren angeordnet ist, die ein Polarisationsgatter bilden. Viele Haushaltsgegenstände können eine kaleidoskopische Auswahl an Farben und Mustern bieten.

Transparentes Plastikbesteck bietet beispielsweise eine klassische Demonstration, bei der eine lokalisierte Spannung in der Polymerstruktur zu einer unterschiedlichen Doppelbrechung führt, die durch ein Polarisationsgatter beobachtbar ist. Ebenso können etwas willkürlich gefaltete Küchenfolie, Geschenkkorbfolie und geschichtetes Klebeband komplizierte Bilder bilden, die an Buntglasfenster erinnern.

„Die Manipulation von doppelbrechenden Filmen zum Zwecke der Erstellung von Farbbildern macht Spaß und ist intellektuell anregend. Ein Großteil der nuancierten Physik der Polarisation, Doppelbrechung, Verzögerung und Farbtheorie kann in diesem zugänglichen, aber weitreichenden Unterfangen beobachtet werden“, sagte Slepkov.