买偏光墨镜本来是为了看清路，怎么戴上它开车会看不见抬头显示，连开飞机都不建议戴呢？

一到夏天顶着大太阳开车，网上总有人吐槽同一件事：

为什么戴上偏光墨镜，挡风玻璃上的抬头显示（HUD）突然没影了。

有人专门在车里拍视频试过，挡风玻璃上本来是清清楚楚的显示着车速，偏光墨镜往镜头前一挡，车速显示当场就没了；把墨镜歪一点，车速又能看见了， 可路面上的反光又开始晃眼了 。 拍到最后，他干脆把墨镜一边高一边低斜架在鼻梁上，演示以后只能这么开车。

这两年有些新车连传统仪表盘都省了，后续的讨论就愈发有趣了，有人自嘲“刚看别人的笑话，带墨镜了就当特斯拉开”，也有人吐槽选浅色内饰最惨，戴偏光看不见 HUD，不戴又晃眼，简直就是一根筋变两头堵。

光波在往前移动的时候，自身还在上下左右地振动。天上的太阳光本来是朝各个方向振动的，但经过柏油路面或是挡风玻璃反射之后，刺眼的反光就大多变成沿水平方向来振动了。偏光墨镜正是靠拦住这类水平振动的光来防晃眼的；不巧的是，不少车型抬头显示投出来的光，传到人眼时也主要是水平方向振动，镜片分不出哪束光是抬头显示投出来的、哪束光是反光，干脆一块拦掉了。

聊到开车，常会有朋友问起另一件事，听说飞行员开飞机禁戴偏光墨镜，是不是也怕看不清仪表？我翻看美国联邦航空局发给飞行员的太阳镜安全手册，上面倒是没有明令禁止，写的只是“不建议”，偏光镜片遇上座舱显示屏或者风挡玻璃时可能会产生视觉干扰，看装了防眩滤光片的仪表还会变暗，甚至可能彻底看不见。在飞行遇到这事，飞行员总不能像开车那样歪个脑袋去找角度。

戴上偏光墨镜发现屏幕变黑，这事我们平时在开车和用电脑的时候多少都会碰到过。如果要是拿两副偏光墨镜放到液晶屏幕前一块试，就会发现一件很反常的事。

一副墨镜把屏幕挡黑了，再加一副怎么又亮了

我们平时桌上的电脑显示器、液晶电视，最外层本来都是贴着一张偏光膜的。我以前刷到过一条整活视频，有人把手机屏幕里的偏光膜拆下来贴到眼睛前看手机，旁人直接看过去，亮着的手机只剩一块没有任何字迹的白屏，只有透过那片膜才能看见画面。底下开始有人替旁边的路人操心：“就是这个人，一直盯着白色屏幕傻笑，脑子一定瓦特了！”也有人拿自家的老显示器试过，把屏幕上的偏光膜撕掉，另买偏光膜贴在眼镜上，结果玩腻之后只觉得麻烦，因为脑袋稍微歪一点，屏幕上的字就显示不出来了。

撕掉表面那层膜，原本还是好端端的，屏幕怎么就变得白茫茫一片、连个字都看不见了？其实这类液晶屏背后都有一层常亮的白光，屏幕在显示画面时，不同位置的光会被中间的液晶层转成不同的振动方向。只是我们的肉眼分不出光朝哪边振动，直接看过去只会觉得整块屏幕一样亮；贴在最外面的那张偏光膜，就是专门用来拦住这类特定方向的光，把不同位置的明暗差别筛出来，我们才能看清上面的显示的画面。这么一来，亮着的液晶显示器透出来的光，自然也就成了振动方向固定的偏振光。

要是我们手头刚好有两副偏光墨镜，现在就可以找块屏幕试一下：

先拿一副偏光墨镜挡在屏幕前慢慢转一圈。如果怎么转屏幕上的字都清清楚楚，说明这块屏幕（比如很多新款的 OLED 手机）或者手里的镜片不合适，换台电脑显示器或是液晶电视再来试；转到镜片里屏幕最暗、几乎看不清字的位置后，手拿稳别动。这时候再拿第二副偏光墨镜，放到这副墨镜和我们的眼睛之间，不管怎么转靠近眼睛的这副，两层镜片重叠的地方始终都是一片黑，还是看不见屏幕上的画面。

接着换个位置，把第二副墨镜塞进屏幕和不动的那副墨镜中间。如果让两副墨镜方向一致，或者是转 90 度互相垂直，重叠的地方依然是黑的；可如果只要把中间这副斜过来，跟不动的那副错开大约 45 度，原本暗下去的重叠处又亮了起来，屏幕上的画面又重新露出来了。

手腕别转，就按这个斜角把它从中间抽出来，重新放回靠近眼睛这边，刚显露出来的画面立马又消失了。

图注：斜插第三片前后

算上屏幕表面贴的那张膜，这其实就是三层偏光片（物理上常叫偏振片）叠在了一起，也是上回聊镜子时留下的那个悬念。

如果偏光镜跟普通深色墨镜一样，只是单纯挡掉一部分光，那多垫一层只会更黑，前后换个位置更不应该有什么区别。为什么把第二副墨镜塞进中间，反而又能看清屏幕上的画面了呢？这就要先弄明白，偏光膜到底是怎么拦光的。

造偏光膜的人，最初想搞定的是汽车远光灯

前面聊开车戴偏光镜时，有人可能会顺着往下问，要是车里没装抬头显示，晚上开车遇上对向来车开远光灯，戴副偏光墨镜管不管用？

其实根本不管用，晚上戴着它开车反而会更危险。白天的路面反光大多集中在水平方向，偏光墨镜只要拦住水平方向的光，就能把大部分的反光给过滤掉；可是夜里对向来车远光灯直射过来的光，是朝各个方向振动的光都有的，偏光墨镜顶多能拦掉其中的一部分，剩下的强光照样晃眼，还会把周围本来就昏暗的路面、路牌和行人一块压暗，让人更看不清前方的路况。

不过差不多在一百年前，还真有个二十岁上下的年轻小伙认真研究过怎么用偏光片来防治远光灯，他就是后来创办宝丽来（Polaroid）的埃德温·兰德。

兰德想出来的办法是让所有汽车出厂时都在车灯和挡风玻璃上配好相应的偏光片，每辆车的大灯前面和驾驶座前方的风挡内侧，统一装上朝同一个方向倾斜 45 度的偏光片。

大灯加装偏光片后损失的亮度，靠换更大功率的灯泡补回来，自己透过同方向的偏光片照样是能看清前方的路；遇上同样配好偏光片的对向来车时，两车车头相对，它那边斜 45 度的偏光方向转过来正好跟我们这边垂直成 90 度，刺眼的远光就会被拦掉大部分。

可如果真要给满大街的汽车都装上偏光片，首先手头就要有面积够大且价格又便宜的偏光材料，那时候的市面上根本没有这种东西啊。

兰德一开始试过用玻璃反射的办法，后来又顺着十九世纪化学家的路子，在实验室里试着制备一种含碘和奎宁的人造偏光晶体，想做出一整片够车灯用的大晶体，结果跟前人一样失败了。折腾一番没做成，他干脆换了个思路，既然做不出完整的大块晶体，那就把这种材料做成无数肉眼看不见的针状小晶体，混进液体里，再想办法让它们朝同一个方向排列整齐。

早年在做实验时，兰德把混着这种小晶体的液体装进一截纽扣大的玻璃管里（直径约 1.3 cm、长约 0.6 cm），架在大型电磁铁的两个磁极之间。

没通电时，小晶体在液体里横七竖八地乱摆放着，因为每颗小晶体都会吸收特定方向振动的光，在乱成一团时，各个方向振动的光照进去都会被吸收掉，整管液体看着是暗红发黑的，几乎不透光。

在接通电磁铁电源后，玻璃管里发黑的液体慢慢变浅，一点点变得清亮透明。兰德在多年后回忆，那是他这辈子做实验最激动的时刻，强磁场把乱摆的小晶体拉向了同一个方向，顺着吸收光方向的光虽然照样能被吸收，垂直方向的光却能顺畅的穿过，拿一块检验偏振的棱镜对着透出来的光旋转，透过棱镜看到的画面由白变黑，证实出来的确实就是偏振光。

后来兰德真把这种排齐了的小晶体的薄膜做成了商品，先卖给了做相机滤镜和太阳镜的厂家。只是他念念不忘的偏光汽车大灯需要所有车厂同步改造，加上车灯灯泡功率加大后温度越来越高，早期的薄膜经不起灯罩外侧的高温和日晒雨淋，这套车灯方案最终没能在汽车上完成普及。

车灯虽然没改成功，兰德团队手里的塑料偏光膜却是越做越成熟。他们后来不再往膜里掺那些针状小晶体，既做出过耐高温日晒的染料膜，也摸索出了把透明的聚乙烯醇塑料膜加热拉长、再泡进碘液染色的工艺，一直沿用到今天的偏光墨镜和液晶屏幕里。

拉长后的薄膜里，含碘的分子链顺着同一个方向排的整整齐齐，顺着链条方向振动的光照进来就会被吸收掉，垂直方向振动的光则能穿过去。无论是当年玻璃管里的小晶体，还是今天墨镜里的塑料膜，干的都是同一件事，就是把顺着吸光方向振动的光吸收掉，只放垂直方向振动的光过去。

既然只会吸收光，斜塞一片怎么就透亮了

我之前就看到不少人为这事争执过。有人猜，中间那片偏光片肯定把光的振动方向拨歪了一点；也有人反驳说，这种偏光片只管吸收特定方向的光，根本不会去拨动光的方向；有的人一听更是不服气了，当场顶回去一句：如果只是吸收，那往中间插啥都没有用！

这话乍一听还真挺有道理的，偏光片只管吸收光，穿过去的光怎么会换了一个振动方向？

我们可以想象一个海面上拖船拉大船的场面。两条拖船在船头一左一右，用同样大的力气各自斜着 45 度往前去拽。每条船斜着使劲时，既在往前拉，也在往侧边拽，这样一左一右两股侧向力刚好互相抵消，合在一起就只剩笔直往前的拉力了。

这时候只要松开左边那根缆绳，不用任何人去硬掰右边那条拖船，就仅凭撤掉左边的力，船头受力的方向自然就偏到了右前方的 45 度了。

放到桌上的实验里也是一样。假设屏幕透出来的光一直在上下振动，而我们手里不动的那副墨镜只放左右振动的光过去，两边方向垂直，光自然就被拦住了。但就像笔直往前的拉力可以拆成两条斜拉的拖船一样，这束上下振动的光，也可以拆成左斜 45 度和右斜 45 度两个斜向的振动来看，平时是两边同时存在的，往左和往右的劲正好可以互相抵消，合起来就只是单纯的上下振动。

等我们往中间斜塞进第二副墨镜、只允许右斜 45 度的光通过，就相当于松开了左边那根缆绳。左斜那一半振动被中间这副墨镜吸收掉，穿出来的光就只剩右斜 45 度的振动了。没了左边的抵消，这股右斜振动里自然就带上了左右方向的动作；再遇到后面那副只放左右方向通过的墨镜，就能有一部分光顺畅的穿过了，原本黑掉的地方也就能重新露出画面了。

反过来，要是把这副斜着的墨镜抽出来，然后再挪回靠近眼睛这边，屏幕发出的光在前面第一副墨镜那就已经被拦得差不多了，后面再怎么斜着垫上一副，自然也还是黑的。

而且仔细看还能发现，把墨镜斜塞在中间虽然能重新露出画面来，但是亮出来的这一块，比直接看屏幕还是要暗上一大截。因为每穿过一层方向错开 45 度的偏光片，光在理想情况下也要折损一半亮度；连续穿过两层，再加上镜片材质吸光和表面反光，最后能进到眼睛里的，其实只剩最初那束光的一小部分了。

桌面上这一明一暗，真是“量子效应”吗

我在搜这个实验的演示时看到过一条短片，标题里直接写着“实现令人毛骨悚然的量子效应”。画面里在大太阳底下往两片黑掉的偏光片中间斜插进第三片，重叠处一变亮，旁白就开始感慨这是令人不安的量子效应，片尾还配了一记惊悚音效。

其实不管在大太阳底下还是液晶屏幕前，拿三片偏光片试出来的这一明一暗，靠一百多年前的经典电磁波理论就能解释的清楚。

如果想拿这三片偏光片试出经典波动理论解释不了的现象，需要去实验室把普通光源换成单光子源，让光子一颗接一颗单独往里走。

前面我们解释桌面实验时，靠的是把一束光拆成左斜和右斜两部分，中间那片墨镜拦掉一半，放另一半过去。可是一颗光子是没法被劈成两半的，它遇到偏光片时，要么整颗直接穿过去，要么整颗被吸收掉，绝不会只过去“半颗光子”。

怪就怪在这里，既然单颗光子没法拆成两半，那往两片互相垂直的偏光片中间斜插进第三片，为什么原本过不去的光子，突然又能一颗颗穿过去了？而且单看眼前的这一颗，谁也说不准它能不能过关啊，可等成千上万颗光子一颗接一颗走完，顺利穿过去的光子数量，偏偏又跟按光波算出来的比例完全一致。

一颗没法劈开的光子，独自过关时是怎么凑出这套比例的？这桩悬念，就留到以后聊单光子的时候再接着说了。

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