Вращение линейной поляризации света впервые было обнаружено в кварцев 1811 г. Явление заключается в том, что свет, поляризованный по определенному направлению, пройдя кристалл вдоль оси винта, оказывается поляризованным по другому направлению, составляющему с первым угол. Угол ср прямо пропорционален толщине кристалла. Вообще мы уже видели примеры поворота поляризации и знаем, что он связан с двойным лучепреломлением света. В показанном  случае, поворот осуществлялся только при определенном расположении осей поляризатора и кристалла и определенной толщине кристалла. При этом в кристалле не имелось никакого винта оптических осей. Напротив, в других случаях, имелась спиральная ориентация оптических осей, которая создавалась искусственно. Эти примеры уже похожи на то, что наблюдается в кварце и холестерике.

Но есть и различие. Оно состоит в том, что в закрученном нематике шаг винта очень велик, в то время как в кварце шаг составляет «5,4 нм, а в холестерике — несколько сотен нанометров. Поэтому длина световой волны в закрученном нематике много меньше шага винта, в кварце — много больше его, а в холестерике — сравнима с ним. Поворот поляризации света при прохождении луча сквозь слой целеи делают холестернкн, точнее холестерина с очень боль- холестерические смеси, с очень шим шагом спирали. большим шагом спирали. Мы упоминали об этом. Особенно просто сделать такой материал, смешивая оптические антиподы — холестерики с винтами противоположных знаков, но с одним и тем же шагом. Если числа правых и левых молекул строго одинаковы, то по существу это уже не хо-лестерик, а нематик. Действительно, такая жидкая смесь является зеркально-симметричной, потому что отражение в зеркале содержит одинаковые количества точно таких же правых и левых молекул. Поэтому спиральность молекул оказывается взаимно скомпенсированной, и все они своими длинными осями ориентируются по единственному направлению. А это и есть нематик. Если числа молекул-антиподов не равны, например, правых молекул бапьше, то смесь уже не является зеркально-симметричной: отражение в зеркале содержит больше левых молекул. В такой смеси возникает правая холестерическая спираль. Однако при небольшой разнице в количествах антиподов зеркальная симметрия нарушается не сильно, и поэтому шаг спирали становится большим.

Итак, пусть на пленку холестерика с большим шагом спирали вертикально падает свет. Свет поляризован вдоль оптической оси холестерика на верхней поверхности пленки. Как свет распространяется сквозь холестерик? Проходящий луч формируется в результате интерференции падающей волны и волн, излученных электронами молекул под воздействием поля первичной волны. Так как электроны легче всего смещаются вдоль длинных осей молекул, то поле вторичной волны, излученной на определенной глубине холестерического слоя, должно быть параллельно оптической оси на данной глубине. Если длина волны много меньше шага холестерической спирали, то согласованность распространения первичной и вторичных волн, благодаря которой они взаимно усиливаются, фактически соответствует повороту поля Е в луче, проходящем сквозь слой. При этом поляризация света параллельна оптической оси холестерика в любой точке спирали. Интерференционные явления, разыгрывающиеся на расстояниях порядка длины волны, как бы успевают «следить» за «медленным» поворотом осей L в пространстве и подстроиться к такому повороту. Таким образом, пройдя всю толщину пленки, свет оказывается линейно поляризованным так, как направлена оптическая ось на нижней поверхности пленки.

Рассмотрим противоположный случай, когда шаг холестерической спирали много меньше длины волны. Поле Е проходящей волны теперь бессмысленно раскладывать на две составляющие, параллельную и перпендикулярную какой-либо оптической оси. Это можно было делать раньше, когда такая ось была всего одна на весь слой жидкого кристалла. Теперь же оптических осей — огромное число, все они по-разному ориентированы, и ни одной нельзя отдать предпочтение. В нашем распоряжении для поляризации проходящих лучей есть только две возможности, никак не связанные с индивидуальными оптическими осями холестерика. Это повороты вектора электрического поля вокруг оси холестернческой спирали либо по часовой стрелке, либо против нее. Другими словами, два независимых проходящих луча могут иметь только круговую поляризацию (левую и правую).

Здесь хочется отметить одну тонкость. Дело в том, что правая и левая поляризации света соответствуют картине мгновенного положения вектора Е на оси световых лучей. При правой поляризации концы векторов Е рисуют в пространстве правую спираль, а при левой поляризации—левую спираль. Но поворот векторов Е в течение периода колебания происходит в правополяризо-ванной волне против часовой стрелки, а в левополя-ризованной волне — по часовой стрелке.

 Скорости световых лучей с разной круговой поляризацией немного отличаются. Луч с левой поляризацией в правой холестерической спирали имеет ббльшуюскорость, чем луч с правой поляризацией. Естественно, обратная картина наблюдается в левой холестерической спирали. Причина этого заключается в том, что в одном луче вторичные колебания поля вдоль оптических осей немного усиливают первичную волну с круговой поляризацией, а в другом — ослабляют. А ведь мы знаем, что результат интерференции первичной и вторичных волн как раз и определяет скорость света в среде. Однако разница в скорости световых лучей мала, поскольку на длине волны укладывается много полных витков холестерической спирали, которые почти одинаково реагируют на воздействие  света с правой и левой поляризацией. Различие в скорости волн с разной круговой поляризацией становится ощутимым, когда шаг холестерической спирали отличается от длины волны света не слишком сильно. В этом случае роль вторичных колебаний поля вдоль оптических осей сильно возрастает. Например, в правой спирали  излучение вторичных волн происходит гораздо более согласованно под воздействием левополяризованной первичной волны, чем вследствие действия волны с правой поляризацией.

Все, о чем мы говорили, имеет первостепенное значение для поворота линейной поляризации света на выходе из пленки холестерика. Если шаг спирали мал, т. е. мало различие в скорости двух проходящих лучей, то на выходе из пленки векторы поля в лучах повернутся по и против часовой стрелки примерно на один и тот же угол. Поэтому векторная сумма полей, которая дает нам вновь линейно-поляризованный свет, будет повернута по отношению к поляризации на входе на малый угол р. Напротив, в случае большого шага спирали и большого различия в скорости лучей поля на выходе из холестерика окажутся повернутыми по и против часовой стрелки на совершенно разные углы. Поэтому их векторная сумма — поляризация на выходе — повернется по отношению к поляризации на входе на заметный угол ср.

Чем больше толщина пленки, тем на больший угол повернутся векторы поля в обеих волнах, но при этом возрастает и отставание одной волны от другой. Поэтому угол ср прямо пропорционален толщине пленки d. Принято относить угол ср к 1 см толщины. И любопытно сравнить такие относительные повороты линейной поляризации света в разных веществах.

Явление поворота поляризации света называется оптической активностью вещества. Это явление, чрезвычайно чувствительное к любым изменениям строения вещества и взаимодействия между молекулами, дает ценную информацию о том, как устроены молекулы, как видоизменяется их архитектура в результате химических реакций, полимеризации. Оптическая активность применяется в различных оптических приборах (модуляторах, затворах и т. п.) и в качестве очень точного метода определения показателей преломления разных лучей в данной среде. Такой метод в 10000 раз точнее других известных способов измерения. Исключительно важна оптическая активность биологических молекул и, в частности, белков, которые состоят из аминокислот, обладающих левыми винтами. Эта избранность спирального строения биомолекул до сих пор представляет неразрешимую загадку, над которой ломают голову ученые. Все сказанное только подчеркивает ценность холестерических жидких кристаллов, оптическая активность которых огромна, для многих областей науки, техники и жизни.