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Nov 30, 2023

Physik

Als die COVID-19-Pandemie Universitäten und Büros auf der ganzen Welt schloss

Als die COVID-19-Pandemie im Frühjahr 2020 Universitäten und Büros auf der ganzen Welt lahmlegte, wurde die Suche nach neuen Hobbys zur Abwehr von Angst (und Langeweile) von größter Bedeutung. Während einige mit dem Kreuzstich oder einer neuen Dehnroutine begannen, wandte sich Aaron Slepkov, ein Photonikforscher an der University of Trent in Peterborough, Kanada, einer von der Physik inspirierten Kunstform namens Polage zu, um seine Zeit zu vertreiben.

Polage oder polarisationsgefilterte Färbung, wie Slepkov es nennt, ist eine Art Collage, bei der Polarisatoren und dünne Filme verwendet werden, um farbenfrohe Kunstwerke zu schaffen, die sich je nach Betrachtungsweise verändern. Möglich wird diese Metamorphose durch Doppelbrechung, eine optische Eigenschaft bestimmter Materialien, die den Polarisationszustand des durchgelassenen Lichts verändert. Beispiele für doppelbrechende Materialien sind Eis, Calcitkristalle, Zellophanfolie und transparentes Klebeband.

Doppelbrechung wurde erstmals im 17. Jahrhundert entdeckt und wird seitdem in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, von der Messung der inneren Spannung von Glas bis hin zur Untersuchung der inneren Muster von Mineralien. Doch trotz der langen Geschichte der Doppelbrechung ist ihre Verbreitung in der Kunstwelt erst in jüngerer Zeit. Der Begriff Polage wurde erstmals 1967 von Austine Wood Comarow geprägt, nachdem sie begann, mit Zellophan und Polarisationsfiltern zu arbeiten. Ihre farbenfrohen, naturbezogenen und abstrakten Stücke wurden in Wissenschaftsmuseen auf der ganzen Welt gezeigt.

Slepkov ist kein Unbekannter in der Erforschung der fantastischen Seite der Physik oder in dem, was er als „neugiergetriebene Forschung“ bezeichnet. Im Jahr 2019 sorgten Slepkov und seine Studenten für Schlagzeilen, als sie untersuchten, warum Weintrauben beim Erhitzen in einem Mikrowellenherd in Plasmaausbrüchen explodieren. Sein Labor hat auch das Benfordsche Gesetz – eine anomale Ziffernverteilung in vielen realen Datensätzen – untersucht, um festzustellen, ob es zum Betrügen bei quantitativen Multiple-Choice-Fragen verwendet werden könnte.

Polage erregte Slepkovs Aufmerksamkeit zum ersten Mal, als er auf Twitter durch akademische Threads scrollte, und er interessierte sich zunehmend für die Wissenschaft hinter diesem Kunsthandwerksprojekt, nachdem er es seinen Kindern während des Lockdowns vorgestellt hatte. „Ich würde ihnen auf meinem Computerbildschirm zeigen, wie ich die Kunst mit einer Sonnenbrille visualisieren kann, da ich keine Polarisatoren zur Verfügung hatte“, sagt Slepkov. „Um ehrlich zu sein, waren sie nicht so begeistert davon.“

Als Slepkov sich tiefer mit der Wissenschaft der Doppelbrechung befasste, entdeckte er viele unbeantwortete Fragen zu diesem optischen Phänomen und seiner Rolle in der Kunst. Insbesondere war unklar, was ein Künstler tun sollte – in Bezug auf die Schichtung und Ausrichtung von Filmen –, um eine bestimmte Farbe zu erhalten. „Die Vorgehensweise war nicht intuitiv“, sagt Slepkov. „Als jemand, der Optik lehrt, konnte ich plötzlich alle möglichen sehr interessanten Erklärungen sehen, sowohl mathematisch als auch phänomenologisch, wie die Polage-Techniken funktionierten.“

Während seine eigenen Kinder schon früh das Interesse an dem Projekt verloren, fand der High-School-Sohn eines Kollegen das Thema faszinierend. Slepkov engagierte diesen Studenten für ein spontanes Forschungsprojekt. Mit einem Spektrometer und anderen Geräten, die er aus seinem Labor nach Hause geschmuggelt hatte, arbeitete das Forscherduo zu Hause und über Zoom und führte Experimente durch, um die quantitative Doppelbrechung verschiedener Bänder zu formalisieren. Diesen Sommer veröffentlichte Slepkov zwei Artikel zu diesem Thema [1, 2].

In seiner einfachsten Form sagt Slepkov, dass es drei Schritte gibt, um schöne, doppelbrechende Displays zu erstellen. Zunächst passiert weißes Licht einen anfänglichen Polarisator, der die Lichtwellen dazu zwingt, linear polarisiert zu werden. Dieses Licht durchquert dann ein doppelbrechendes Material, in diesem Fall verschiedene Schichten Klebeband, wodurch sich die Polarisation von linear in elliptisch ändert. Die genaue Form der elliptischen Polarisation hängt von der Wellenlänge des Lichts sowie von der Ausrichtung und Dicke der Bandschichten ab.

Dieses elliptisch polarisierte Licht wird dann durch einen zweiten, letzten Polarisator geleitet, um die Farben für den Betrachter sichtbar zu machen. Abhängig von der Ausrichtung dieses Polarisators werden einige Wellenlängen blockiert, während andere Wellenlängen durchgelassen werden, wodurch sogenannte „nichtspektrale Farben“ entstehen. Anstatt beispielsweise ein „reines“ Blau mit einer Wellenlänge von 450 nm zu erzeugen, erzeugt Polage laut Slepkov tendenziell eine Mischung aus Wellenlängen, die zusammen ein eher pastellfarbenes Blau ergeben.

Um Ihr eigenes Polage-Kunstwerk zu erstellen, hat Slepkov ein paar Erfolgsvorschläge. Bevor Sie mit dem rücksichtslosen Verlegen von Klebeband beginnen, empfiehlt er, zunächst eine Farbpalette zu erstellen, indem Sie die Dicke verschiedener Teststreifen des Klebebands erhöhen. Mit diesem Ansatz entfällt das Rätselraten darüber, wie Ihr endgültiges Bild aussehen wird, erklärt er. Er schlägt außerdem vor, mit unterschiedlichen Klebebandmarken zu experimentieren, da diese möglicherweise einzigartige Eigenschaften haben, beispielsweise die Dicke.

Zur Frage, wo Sie Ihre Polarisatoren finden, sagt Slepkov, dass Sie lediglich einen LCD-Bildschirm (wie er üblicherweise für viele Computermonitore verwendet wird) und eine Sonnenbrille benötigen. Das Licht des LCD ist polarisiert und die meisten Sonnenbrillen verfügen über einen Polarisationsfilter, sodass diese Objekte zusammen als erster und zweiter Polarisator fungieren. Für eine Leinwand schlägt Slepkov vor, das Glas eines billigen Bilderrahmens zu nehmen und es über dem LCD-Bildschirm zu platzieren. Ordnen Sie Ihre Klebebandschichten auf dem Glas an und setzen Sie dann die Sonnenbrille auf, um Ihr Kunstwerk zum Leben zu erwecken.

„So habe ich die meisten meiner Kunstwerke gemacht und es funktioniert wirklich, wirklich gut“, sagt Slepkov.

–Sarah Wells

Sarah Wells ist eine unabhängige Wissenschaftsjournalistin mit Sitz in Boston.

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