Náttúrufræðingurinn - 2008, Page 38

Náttúrufræðingurinn
Sú niðurstaða leitarinnar hefur
einkum komið á óvart, hversu ómis-
sandi silfurbergskristallar voru í
rannsóknum á mörgum mikilvæg-
um sviðum raunvísinda og í tækni
sem grundvallast á þeim. Má þar
sérstaklega tiltaka ljósfræði, krist-
alla- og steindafræði og eðliseigin-
leika efna almennt, en einnig meðal
annars nútíma eðlisfræði, efnafræði,
fjarskiptatækni og fleira. Hér verður
aðeins stiklað á helstu atriðum í
framlagi silfurbergsins til nokkurra
vísindasviða: lífrænnar efnafræði,
lífefnafræði, líffræði, matvæla- og
lyfjaiðnaðar og læknavísinda.
Eiginleikarljóss
OG SILFURBERGS
I einfölduðu máli og með 19. aldar
orðalagi má segja að ljós sé bylgju-
hreyfing í Ijósvakanum. Hann var á
þeim tíma talinn vera mjög þunnt
efni með skrítna eiginleika sem
fyllti allan efnisheiminn. Ef ljós-
sveifla sem mannsaugað sér hefur
aðeins eina sveiflutíðni samsvarar
sú tíðni staðsetningu í litrófi sólar-
ljóssins, einhvers staðar frá fjólu-
bláu til rauðs. Ljós getur einnig haft
hærri tíðni en það fjólubláa og kall-
ast þá útfjólublátt eða lægri en það
rauða og kallast innrautt. Þessar
þrjár tegundir geislunar voru fram-
an af 19. öld taldar vera af mismun-
andi toga, en silfurberg átti síðan
þátt í að sýnt var fram á að eini
munur þeirra liggur í tíðninni. I efn-
um er hraði ljóss alltaf minni en í
tómarúmi og er hlutfallið þar á milli
brotstuðull efnisins. Brotstuðullinn
hækkar (þ.e. ljóshraðinn lækkar)
nær alltaf lítillega í efnum með
hækkandi sveiflutíðni og nefnist
það tvístrun ljóssins.
Ljósgeisli er að því leyti frábrugð-
inn hljóði, sem er einnig bylgju-
hreyfing (með miklu lægri tíðni), að
í ljósinu er sveifluhreyfing ljós-
vakans þvert á útbreiðslustefnuna
en í hljóði er sveifla efnisins yfirleitt
langsum. Það voru ekki síst tilraun-
ir A. Fresnels og annarra með silfur-
bergi sem sannfærðu menn um
þennan mun á árabilinu 1818-30. í
Ijósgeisla af venjulegu lampa- eða
sólarljósi er sveifluhreyfingin
óreglubundin í allar þversum-átt-
irnar, en þegar slíkur geisli fer inn í
silfurberg klofnar hann í tvo sem
velja sér nokkuð mismunandi leiðir
gegnum kristallinn. í hvorum
þeirra er sveiflan aðeins í eina stefnu
og er pá sögð vera skautuð (e. polar-
ized). Þetta gerist raunar í flestum
tegundum kristallaðra efna og ann-
arra sem eru misátta (e. anisotropic),
þ.e. með stefnuháða eiginleika. Er
þá talað um að þau séu tvíbrjótandi
eða hafi tvöfalt Ijósbrot, með mis-
munandi brotstuðul fyrir hvorn
geisla. I silfurberginu er munur
brotstuðlanna óvenjumikill, auk
þess sem óvíða fengust aðrir krist-
allar sem voru nógu stórir, tærir og
gallalausir til nota í ljóstæki.
Úr silfurberginu voru einkum
búin til ferstrend prismu, á þann
veg að tveir skáskornir kristallar
voru festir saman með glærri
kvoðu. Fyrstur til þess varð W.
NicoF um 1829 og eru prismun
nefnd eftir honum, en ýmis afbrigði
í lögun þeirra komu síðar fram.
Þegar geisli venjulegs ljóss var
sendur inn í annan enda slíks Nicol-
prisma kom geisli skautaðs ljóss út
hinumegin. Ef geisli skautaðs ljóss
var hinsvegar sendur inn í Nicol-
prisma komst aðeins hluti ljós-
magns hans alla leið í gegn. Þeim
hluta var hægt að breyta frá 0 til
nær 100% með því að snúa pris-
manu og þartnig mátti finna sveiflu-
stefnu hvaða skautaðs ljósgeisla
sem var. Þekktar voru tvær aðrar
aðferðir til að framleiða skautað ljós
eða greina sveiflustefnu þess. I
annarri var ljósið látið speglast frá
glerfleti undir tilteknu horni, í hinni
var það sent gegnum þynnu af
steindinni túrmalíni. Túrmalín
hefur þann eiginleika að gleypa í
sig ljós þar sem sveiflan er í eina átt
en hleypa að mestu í gegnum sig
sveiflum hornrétt á hana. Þessar
aðferðir voru þægilegar í notkun en
stóðu Nicol-prismunum langt að
baki hvað nákvæmni snerti.
LJÓSTÆKI - STUTT LÝSING
Ekki eru hér tök á að skýra í smá-
atriðum hvernig ljóstæki með
Nicol-prismum virka en vísað til
fyrrnefndrar skýrslu2 og kertnslu-
bóka í ljósfræði. Ljós hefur alla tíð
verið helsta verkfæri vísindamanna
til rannsókna á efnum og með
skautun ljóss opnaðist þeim ný
vídd til þess. Tæki þar sem skaut-
unar-eiginleikinn var nýttur við
könnun á víxlverkun ljóss og efnis
voru að mestu af þrem neðantöld-
um tegundum, sem áttu það sam-
merkt að innihalda tvö Nicol-pris-
mu. Fyrra prismað bjó þá til skaut-
að ljós og hið síðara greindi ástand
þess; sýni til rannsóknar var þar á
milli í tveim þessara tækjategunda.
Stundum voru raunar prismun
fleiri en tvö og oftast einnig aðrir
sérsniðnir íhlutir úr silfurbergi,
bergkristalli (kvarsi), lituðu gleri,
glæru gifsi, eða maríugleri (glim-
mer). Tæki af öllum þessum gerð-
um voru smíðuð á verkstæðum
víða um lönd og seld í þúsundatali,
oftast vönduð, nákvæm og dýr. Að
auki útbjuggu vísindamenn, eink-
um eðlisfræðingar, sér iðulega eigin
sérhæfðan búnað með silfurbergs-
prismum til nota í einstökum rann-
sóknaverkefnum.
Polarimetrar (ljóssnúningsmælar)
höfðu mest áhrif á þróun líf- og
læknavísinda af þeim þrem tegund-
um tækja sem sagt verður frá og er
umfjöllun um þá skipt lauslega eftir
árabilum hér að neðan. Þeir veittu
nýja vitneskju um grundvallareigin-
leika margra efna sem engar aðrar að-
ferðir fyrirfundust þá til að kanna.
Er óhætt að fullyrða að án íslensku
silfurbergskristallanna hefðu ýmsar
þær uppgötvanir sem hér verða
nefndar tafist um áratugi.
Þegar skautað ljós fer í gegnum
suma vökva snýst sveiflustefna þess
hægt og hægt á leiðinni. Polarimetr-
ar mæla heildarsnúninginn þegar
ljósið t.d. fer eftir vökva sem fyllir
langt glerrör. Þeir vökvar sem rætt
verður um í þessari grein gátu verið
lausnir af ýmsum kristölluðum líf-
38