(原文記錄於 Feb-1-2010)
Nathan: 看人家賣小吃的~會綁個塑膠袋裡頭裝水~據說這也能驅趕蒼蠅~這就不知是何道理了~~塑膠袋裡頭裝水會呈現哈哈鏡似球面的效果~蒼蠅大概會怕吧~~詳解為何~有機會再請教Alex大師吧~絕地武士的終級導師
Alex: 說實在這個問題我自己也沒有答案, 但是我剛好可以利用這個問題來向你介紹, 並示範科學家們是如何的來思索與找答案, 而這通常就是科學研究活動的起始!===============================================
第一步我們要確認命題是否成立! 小吃攤販將裝滿水的透明水袋懸掛於攤位四周, 能夠達到減低或防止蒼蠅的入侵, 首先要確認是不是真的有這個現像, 既然坊間越來越多攤商這麼作, 那就暗示, 這個方法可能是有效的! 那如果有效, 這方法是基於什麼樣的原理呢? 可以有兩種推論: (其一). 有人知道原理, 所以發明此法, 之後在攤商之間口耳相傳開, 於是大家爭相效法! (其二). 有人無意間觀察到此現像, 但不知其原理, 只知道這樣作確實有效, 於是在攤商之間傳開, 大家都學會此法, 所以是 based on 經驗, 尚無人能夠解釋!
如果是第一種原因, 派組人馬去作大規模市調與訪談, 應該就能找到源頭問到出處, 那就沒甚麼好研究的, 因為可以直接問到原理答案! 所以這裏我假定是第二種情形! 我之前寫了一篇文章叫作"光與物質", 現在就派得上用場啦! 有閱讀過的人就會比較了解我接下來所要說的!! 好了現在我們已經確認這現象確實存在, 開始要來思考並推測這現像背後的物理原理了, 這過程對任何種類的研究都適用, 差不多就像福爾摩斯辦案或 CIS 推理那樣! 我們第一件要鎖定思考的就是水袋的物理性質與條件, 當然還有很多其他的細微對像與條件要思考, 但我時間不多, 這裏就先只討論水袋就好! 問這個問題的 Nathan 已經先提出一個可能解釋, 為光透過水袋之後的透鏡效應, 會使物體的真實影像遭到扭曲而產生類似像哈哈鏡的成像, 但他沒有解釋哈哈鏡成像與蒼蠅行為之間的關連? 而且我們一反推就可以得知, 根據經驗擺有哈哈鏡與糖水一起的地點, 蒼蠅仍然在其周邊盤旋翱翔, 未見其受哈哈鏡之干擾! 所以我們可以剔除 Nathan 所提之建議! 接下來我們就要問, 除了光的折射, 光照到水袋之後, 還發生了什麼事?? 有看我寫的那篇文章的人就知道, 液態水分子能夠吸收紅外光與可見光中屬於波長較長的部分(通常是紅色), 這是第一點線索! 第二點線索來自光的偏振性, 因為光是橫波, 只在一個平面上震動 (這裡我們簡化成線性偏振, 意思僅有一個偏振面, 欲知細節可查 Lissajous curve ), 所以當光行進間遇到不同介質比如說"水"時, 會產生一個奇特的現象, 這是由蘇格蘭物理學家 Sir David Brewster (1781–1868) 發現的, 簡單講就是和水面呈垂直角度的偏振光, 會折射進入水中, 而和水面平行的偏振光, 會被反彈出水面並且遵守光的反射原理, 用一個打水漂的比喻你就會更容易了解, 你打水漂時, 一定是挑塊扁平的石頭嘛! 你有見過挑圓形石頭來打水漂嗎? 為什麼? 所以這塊扁平石頭就象徵著光的偏振面, 那你是垂直的打還是水平式的甩出石頭? 當然是和水面平行的水平式角度打出去石頭才會在水面彈跳啊! 如果垂直水面角度打出去石頭就會打進水中去了! 這樣懂了嗎?? 光波也是一樣的, 所以能夠從水袋表面反彈回來的偏振光都是和水袋表面平行的偏振光! 不要小看這現象, ㄧ些防眩(地上水灘的反射)的太陽眼鏡就是利用此原理, 這些太陽眼鏡用的是偏光鏡片, 這些偏光鏡片只能讓垂直振動的偏振光通過, 而過濾掉水平振動的偏振光, 當陽光照射到地面的水灘時, 能夠反彈回來的都是水平振動的偏振光, 所以就被太陽眼鏡給濾掉了, 你眼睛也就避免被眩到了! 好現在拉回來整理一下, 當攤商的燈光與環境中的散射光照到水袋時, 發生了兩件事.
第一件事就是部分長波長的可見光以及所有的紅外光都被水吸收了, 所以透過水袋後的光波長變短了, 也少掉紅外光部分! 第二件事是光的偏振性提高了, 原來是 "各向異性( anisotropic )" 的光, 現在和水袋表面垂直的偏振光都入射穿透水袋, 並被折射到不知什麼地方去, 反正是不會回到蒼蠅的複眼就是了, 所以 Anisotropic Intensity 降低, 但是 Isotropic (各向同性) Intensity (就是 Polarization), 翻譯成偏光性或偏振性, 卻提高了, 這個專有名詞的白話就是說能夠被蒼蠅複眼看到的, 都是和水袋表面平行的偏振光, 這裏你可能會 argue 說因為水袋表面有曲度, 所以還是會有ㄧ些不同偏振面的偏振光會進入蒼蠅複眼, 你這樣想沒錯! 可是你想的是微觀的, 蒼蠅感測到的是巨觀的, 以總體巨觀來說, 那些能夠反射回蒼蠅複眼中的光的偏振性確實是提高了(各向異性減少, 各向同性也就是偏光性增加)! 所以以水袋驅趕蒼蠅的方法要能夠有效的話, 很可能跟這兩件事有關連!
其次我們要鎖定思考的是蒼蠅的複眼, 由於我對蒼蠅複眼的結構與功能了解不多, 所以以下推論可能有失精細與正確! 我知道大多數昆蟲的複眼所能感測的波長範圍是偏藍光部分, 也就是波長比較短的可見光, 有些昆蟲甚至能看到部分的紫外光(捕蚊燈原理), 所以紅外光以及紅光等長波長可見光的變化, 昆蟲應該跟我們一樣, 也是看不到的! 再來就是偏光性的強度變化, 這個很多昆蟲是能感覺到的, 不像人類眼睛, 我們是無法區分出不同偏振面角度的偏振光, 這也是 3D 電影所利用的原理. 至於昆蟲為何需要能夠感測光的偏振性? 據我所知可能有兩點, 第一點大概是用來辨明方位, 無論何時何地, 太陽所在方向發出的光的偏振性總是最低的(各向異性最高, 各向同性最低), 因為陽光裏頭什麼角度的偏振光都有! 第二點可能跟躲避獵食者有關, 很多蜘蛛網都會提高光的偏振性(意思是將某些特定偏振面角度的光波給濾掉了, 這樣反射回蒼蠅複眼的光的偏振面角度就不齊全了, 變成只含少數幾種角度的偏振光, 造成光的偏光強度, 也就是偏振性上升, 如果蒼蠅複眼發覺環境中光波的偏振面突然少掉許多角度, 就意味著前方可能有像蜘蛛絲這種能偏光的物質存在), 所以能夠偵測到環境的偏光性改變了的蒼蠅, 或許就不會飛入蜘蛛網或其他獵食者所設的陷阱而存活下來, 所以我個人推測, 很可能是所懸掛的眾多水袋改變了攤商周圍環境的偏光強度, 讓蒼蠅本能產生懷疑那裏有張超大蜘蛛網, 所以就乾脆繞道飛離! 說到這裏, 問題有了, 推論也有了, 那如何證明這個理論是對的呢? 這牽涉到寫研究計畫向國家或私人基金會要錢的能力, 所以一定要很會吹, 這裏我就示範一下: 證明步驟如下: (1)首先要能證明蒼蠅複眼具有感測環境中, 光線偏光強度變化的能力, 這不難, 收集一堆蒼蠅作個光學實驗就可以知道, 要是蒼蠅複眼沒這個能力的話, 那研究計畫就到此中止, 謝謝收看! (2)確定蒼蠅複眼可以感測偏光強度變化之後, 開始量測擺有水袋的攤商之間的偏振光空間分佈與強度變化, 作成統計報告! (3)在實驗室內複製攤商環境的偏光變化範圍, 並放入蒼蠅飛行並記錄其反應, 目的在量化並找出蒼蠅的光驅性與偏光性變化之間的函數關係. (4)回到攤商環境, 撤掉水袋, 改以人造偏光產生裝置來產生或模擬蒼蠅所害怕的偏光強度變化範圍, 看看有無驅蠅效應, 如果有的話, 嘿嘿, 新一代驅趕蒼蠅裝置研發成功, 準備設廠製造賣錢! 示範完畢! 謝謝閱讀!!
Kline Shu: 哈哈哈哈~不得不鼓掌叫好!!! 太讓我欽佩了!!! Alex~真有你的~哈哈哈哈~
Yeh: 我爸說是因為袋子裝的水遇到光線會反光還是什麼折射的，讓蒼蠅覺得前面有不明物體存在…此路不通←不曉得真的假的
