Volgens de beste theorie die we tot nu toe hebben, is het universum gevuld met een alomtegenwoordig elektromagnetisch veld. Bepaalde trillingen in dit veld corresponderen met wat we (elektromagnetische) straling noemen. Het zichtbare deel daarvan noemen we licht of lichtdeeltjes, of fotonen. Deze verstoringen kunnen specifieke frequenties hebben die we, indien zichtbaar, vervolgens waarnemen als rood, geel, groen, blauw of violet. Ieder foton heeft een frequentie: er gaat een waarde omhoog en omlaag over de tijd. Wat er precies omhoog en omlaag gaat blijkt ten grondslag te liggen aan hoe een polaroid zonnebril werkt.
Het is nuttig om het elektromagnetische veld mathematisch te scheiden in twee componenten: het magnetische en het elektrische subveld. Voor een iets diepgaandere bespreking van dit onderwerp, zie Waarom veroorzaken glas en vloeistoffen lichtbreking? Geometrisch zijn deze subvelden haaks op elkaar georiënteerd. Zie Figuur 1.
Deel a. Een driedimensionaal elektromagnetisch veld (EM-veld) vult het waarneembare universum. Het is hier afgebeeld als een eindige kubus maar dat is slechts een cartooneske metafoor. In werkelijkheid heeft het de vorm van het universum en is het schijnbaar oneindig, of, om precies te zijn, is het overal waar je in staat bent om te kijken.
Deel b. Zoals eerder vermeld is het heel nuttig om het EM-veld mathematisch te scheiden in twee componenten: de magnetische en elektrische subvelden, hier weergegeven als twee vlakken die haaks op elkaar staan.
Deel c. Als een foton door de ruimte schiet, is dit waar het EM-veld verstoord is. Het is een lokale op en neer gaande verandering van elektrische en magnetische waarden. Nota bene, er is niets dat in ruimtelijke zin op en neer gaat, noch naar links of rechts. Het is slechts een cartoon dat de veranderende waarden van de subvelden weergeeft. Het enige dat echt ruimtelijk is, is de baan van het foton, zoals afgebeeld met een oranje pijl.
Deel d. Voor de werking van de polaroid is alleen het elektrische subveld relevant, dus hebben we de magnetische pijlen hier weggelaten. Alleen de elektrische pijlen worden getoond.
Deel e. Uiteraard bestaat een lichtbundel niet slechts uit één foton. In werkelijkheid worden miljarden fotonen door de ruimte geslingerd. De oriëntatie van hun EM-componenten zal onder iedere denkbare hoek bestaan.
De atomen van gepolariseerde zonnebrilglazen liggen in een ketting waardoor de elektronenwolken alleen in verticale richting kunnen wiebelen, zoals weergegeven in Figuur 2. Binnenvallende fotonen dragen hun energie over via het EM-veld, waardoor de elektronenwolk nog meer begint te wiebelen, maar enkel in de verticale richting. Op zijn beurt activeert deze het EM-veld weer maar enkel met een verticale, elektrische component waarmee ook alleen de elektrisch verticaal georiënteerde delen van de lichtbundel worden voortgeplant.
Fotonen met een horizontale elektrische polarisatie, waarvan dus het elektrisch subveld horizontaal trilt, brengen de gehele atoomketens van de zonnebrilglazen in de horizontale richting in beweging. Hun energie wordt dientengevolge over miljarden atomen verspreid en slechts verstrooid als warmte: te weinig voor de voortplanting van licht. We zeggen ook wel dat deze fotonen simpelweg worden ‘geblokkeerd’. Ze verdwijnen en warmen de zonnebril een heel klein beetje op.
Ten slotte worden fotonen met een elektrischsubveldverstoring onder een hoek, tussen de horizontaal en de verticaal in, soms doorgelaten, soms verstrooid als warmte.
Waarom zijn polaroid zonnebrillen verticaal gepolariseerd?
Als licht een oppervlak raakt, is het gereflecteerde deel ook gepolariseerd. De meeste fotonen hebben dan dezelfde elektrische oriëntatie als de hoek van het oppervlak. Wegen en water reflecteren dus bovenal horizontaal gepolariseerd licht. Als je een voertuig bestuurt, zou je dus willen voorkomen dat je verblind wordt door weg- en waterreflecties.
Piloten
Beeldschermen geven ook gepolariseerd licht af. Als je een polaroid zonnebril voor een scherm houdt en het draait zal het licht van het scherm op een gegeven moment geblokkeerd worden.
Dit is tevens de reden waarom piloten geen polaroid zonnebrillen dragen: een lichte draaiing van het hoofd zou het onmogelijk maken om de informatie van hun instrumenten snel en betrouwbaar af te lezen. Dus wat dure merken je ook willen laten geloven, een zonnebril met polarisatiefilters die zoiets als ‘aviator sunglasses’ worden genoemd, zijn nutteloos in de echte wereld van de luchtvaart.
Om te controleren je zonnebril een echte polaroid is, houd je die voor een in werking zijnd scherm. Op die manier weet je of je die thuis kunt laten voor je een luchtvaartuig bij de knuppel pakt.
Bioscoop
Een 3D-film in de bioscoop vereist een ander type polaroid. In tegenstelling tot wat velen je mogelijk hebben proberen wijs te maken: deze 3D-brillen hebben niet een combinatie van een verticaal en horizontaal gepolariseerd linker- en rechterfilter. Het klopt dat je linkeroog iets andere informatie moet krijgen dan je rechteroog, maar dat wordt op een veel ingenieuzere manier bewerkstelligd.
Aangezien het publiek in staat moet zijn om de film te blijven zien ondanks hun (veelal onbewuste) hoofdbewegingen, maken de filmprojector en de 3D-glazen slim gebruik van circulaire polarisatie. Anders zou, op het moment dat je je hoofd richting de schouder van je gezelschap overhelt, door een simplistische links-rechtscombinatie van horizontale en verticale polarisatie, iedere filmster op het grote, witte doek veranderen in een vaag en plat karakter.
