О природе минералов 1 Введение

7.5
 Анизотропные вещества
Кристаллические вещества с более низкой сим-
метрией, чем кубическая, а также некоторые во-
локнистые образования, молекулы которых ори-
ентированы строго в одном направлении, являют-
ся оптически
 анизотропными.
У таких веществ
показатели преломления при данной длине вол-
ны различаются по разным направлениям распро-
странения световых колебаний, и по этой причине
у них наблюдается
 двойное лучепреломление,
на-
зываемое также
 двупреломлением.
7.5.1 Опыт с ромбоэдром кальцита
Наиболее отчетливо двупреломление световых лу-
чей проявляется у высокопрозрачной разновид-
ности кальцита, называемой исландским шпатом.
Кальцит легко раскалывается на обломки в виде
ромбоэдров с гранями {1011}. Если такой спай-
ный выколок исландского шпата расположить над
точкой, нанесенной на листе бумаги, то, глядя че-
рез минерал, мы увидим два изображения точ-
ки (рис. 7.17). Одно изображение будет казать-
ся расположенным несколько выше, чем другое,
над поверхностью бумаги, а соединяющая их ли-
ния будет параллельна диагонали верхней грани
ромбоэдра, проходящей через два тупых угла. При
повороте кальцитового ромбоэдра по поверхности
бумаги верхнее изображение точки остается непо-
движным, тогда как нижнее движется вокруг не-
го, оставаясь между неподвижной точкой и тупым
углом на верхней грани ромбоэдра.
Если имеется несколько кристаллов исландско-
го шпата, то нетрудно заметить, что расстояние
между точками тем больше, чем толще ромбоэдр,
через который они рассматриваются. Если теперь,
продолжая смотреть вертикально вниз на точки,
начать переворачивать ромбоэдр на тупой угол,
находящийся под выступающей гранью спайного
выколка, то нижняя точка будет приближаться к
верхней и в конце концов они сольются (рис. 7.18).
Слияние наступает в тот момент, когда линия на-
блюдения располагается параллельно линии, рав-
нонаклоненной к трем плоскостям {1011}, сходя-
щимся на тупом телесном угле ромбоэдра. Это
явление можно увидеть и при обычном положении
ромбоэдра, но лучше поставить его на плоскость
тупого телесного угла, чтобы лучи света пересека-
ли ее перпендикулярно.
Проведенные наблюдения позволяют сделать
следующие выводы:
1. Когда ромбоэдр исландского шпата лежит на
грани и видно два изображения точки, то свет
от бумаги проходит через него двумя путями.
2. Поскольку одно изображение точки перемеща-
ется вокруг другого, то лучи, образующие дви-
жущееся изображение, наклонены под опреде-
ленным углом и направлены параллельно диа-
гонали, соединяющей тупые углы грани ром-
боэдра. Лучи, создающие неподвижное изобра-
жение, проходят через кристалл не отклоня-
ясь. Другими словами, один луч преломляется,
а другой — нет. Кроме того, в кристалле каль-
цита возможны только два пути прохождения
света, направления которых обусловлены дан-

---

Рис. 7.16 Затемнение части зерна при различных показателях преломления.
Рис. 7.17 Вращение ромбоэдра кальцита над точкой. Заштрихованная точка выглядит менее
четкой и кажется находящейся ниже.
Рис. 7.18 Наблюдение точки вдоль оптической оси
кальцита.
ной формой кристалла (и, следовательно, его
внутренней структурой), и поэтому они сохра-
няют одну и ту же связь с геометрией ромбо-
эдра при его вращении.
Все большее разделение изображений при
увеличении толщины ромбоэдра объясняется
тем, что при отклонении луча возрастает дли-
на его пути в кристалле.
3. Поскольку кажется, что одна точка расположе-
на выше, чем другая, мы можем сделать вы-
вод, что для лучей, формирующих изображе-
ние верхней точки, показатель преломления в
минерале больше, чем для лучей, образующих
нижнюю точку. Когда мы наблюдаем за ры-
бой в аквариуме, она кажется нам расположен-
ной ближе к стеклу, чем это есть на самом де-
ле. Данное явление объясняется тем, что глаз
формирует изображение на основе лучей света,

---

Рис. 7.19 Схема, демонстрирующая искажение расстояния при преломлении лучей.
претерпевших конвергенцию в результате пре-
ломления на границе между водой и воздухом,
а не с помощью лучей, которые исходили из
точки нахождения рыбы (рис. 7.19). Этот эф-
фект тем значительнее, чем больше разница в
показателях преломления двух сред.
4. Слияние двух изображений при движении лу-
чей параллельно линии, равнонаклоненной к
плоскостям {1011} (т.е. параллельно кристал-
лографической оси
 z
) возникает потому, что
двупреломления вдоль этого направления не
происходит и весь пучок света распространя-
ется по одному пути.
7.5.2 Обыкновенный и необыкновенный
луч
В опыте с ромбоэдром кальцита свет отражает-
ся от бумаги и проходит через лежащий на ней
кристалл. Если при этом мы смотрим на ромбо-
эдр вертикально вниз, то попадающий к нам в
глаз свет при своем прохождении снизу имеет нор-
мальное падение по отношению к грани ромбо-
эдра. Рассматривая прохождение света из воздуха
в изотропное вещество, мы видели, что при нор-
мальном падении свет не преломляется, а просто
замедляется; преломление происходит только при
наклонном падении.
Однако свет, падающий по нормали на поверх-
ность кальцита, распадается на два луча, только
один из которых преломляется. Преломленные лу-
чи называются
 необыкновенными
(или
 е-лучами),
а лучи, не испытавшие преломления, —
 обыкновен-
ными
(или
 о-лучами).
7.5.3 Направления лучей, волновой
нормали и колебаний света
Направление распространения световой энергии
(направление световых лучей) после преломления
в анизотропном веществе не может в дальнейшем
по-прежнему оставаться нормальным к фронту
распространяющихся волн, которые образуют пу-
чок света, т. е. совпадать по направлению с волно-
вой нормалью. Работая с оптическими приборами,
исследователь имеет дело как раз с направлением
волновой нормали. Именно к скорости по этому
направлению применим закон Снеллиуса.
Для минералогов более важен тот факт, что
скорость света в направлении волновой нормали
зависит не от направления этой нормали (или на-
правления лучей), а от
 направления колебаний
в
световых волнах. Волны, распространяющиеся в
кристалле в различных направлениях, обладают
одинаковой скоростью в том случае, если направ-
ления их колебаний кристаллографически одина-
ковы. Поэтому мы настоятельно рекомендуем сту-
дентам при рассмотрении поведения света в кри-
сталлах учитывать направление его колебаний, и
вспоминать об этом, когда возникают трудности с
определением направлений распространения све-
та. Причины, определяющие значимость направ-

---

Рис. 7.20 (а) Поляризация при отражении,
 (б)
Угол максимальной поляризации по закону
Брюстера.
ления колебаний, можно понять, если вспомнить
о величине электрического смещения
1
у света,
взаимодействующего с заряженными электронны-
ми облаками атомов во время его продвижения
сквозь кристалл. Направление колебаний у света
определяется характером и последовательностью
расположения атомов, с которыми он сталкивает-
ся на своем пути.