С явлением оптической активности тесно связано другое замечательное явление — избирательное отражение света холестериком. Слово «избирательное» здесь совсем неслучайно: холестерик действительно отражает яркий свет лишь с избранной длиной волны Я, равной шагу холестерической спирали h. Отсюда и то богатство цветовой гаммы, которое так привлекает всех, кто смотрит на изделия из холестериков в изменяющихся условиях. К таким условиям относятся температура, механическая нагрузка, примеси, электромагнитное поле.

К пониманию избирательного отражения света мы уже фактически подошли в предыдущем параграфе, когда описывали прохождение линейнополяризованного света сквозь холестерик. Ведь падаюший луч не только проводит в глубь пленки в виде двух лучей с разной круговой поляризацией, поразному распространяющихся в холестерике, но и отражается от пленки благодаря интерференции вторичных волн. С этим мы знакомы, но обсудим теперь данный вопрос более подробно.

Вновь возьмем правую холестерическая спираль, точнее, ее полувиток. На нее сверху падает световой луч. Длина волны и шаг спирали предполагаются равными. Что произойдет, если волна — левополяризованная, т. е. вектор Е вращается вокруг оси холестерика по часовой стрелке? Пусть в какойто момент поле Е на входе в пленку совпадает по направлению с оптической осью холестерика. Тогда в течение всего периода колебания по мере прохождения волны в глубь пленки вектор Е в каждой новой точке окажется повернутым на тот же угол, что и оптическая ось холестерика. Такая согласованность обеспечивает беспрепятственное прохождение света сквозь пленку. Это похоже на захватывающий "пуск верхом на перилах винтовой лестницы, когда на ее шаге совершается полный оборот вокруг оси винта.

В силу полного отсутствия согласованности между вращением вектора Е против часовой стрелки (в правополяризованной волне) и вращением оптической оси по чаевой стрелке правополяризованная волна не проходит сквозь правую холестернческую спираль. Таким образом, правополяризованная световая волна может только отразиться от правого холестерика, если ее длина точно Равна шагу спирали и она падает на пленку вдоль оси спирали.

Интересно, что к подобному выводу мы можем прийти, Рассуждая иначе. Вспомним явление интерференции волн, отраженных от верхней и нижней поверхностей тонких пленок. Пленка считалась тонкой, если ее толщина не слишком сильно отличалась от длины волны падающего света. В данном случае мы можем сказать что пленка холестерика представляет собой стопку совершенно одинаковых слоев толщиной. В самом деле на расстоянии вдоль оси холестерической спирали оптическая ось поворачивается на 180°. Но мы нигде ие говорили, что направление оптической оси L и противоположное направление —L чемлибо отличаются друг от друга. Напротив, знак приписывался вектору L произвольно, т. е. направления L и —L для жидких кристаллов эквивалентны. Поэтому фактически поворот оптической оси на 180° означает возвращение к прежней ориентации.

Поскольку все слои толщиной абсолютно одинаковы, можно рассматривать отражение света от каждого из них как от упомянутой тонкой пленки. В случае, когда шаг спирали холестерика равен длине волны падающего света, толщина такой пленки точно равна половине длины волны. Так как свет падает перпендикулярно поверхности пленки, то лучи, отраженные от верхней и нижней границ слоя, совпадают по направлению с осью спирали. Посмотрим, как эти лучи интерферируют, т. е. как складываются поля Е этих волн. Видно, что волна 2, вошедшая в тонкую пленку, на пути от верхней до нижней границы и обратно отстанет от волны 1 ровно на одну длину волны X. Но при этом поля Е обеих волн на выходе из холестерика одинаковы по величине и направлению. Следовательно, полное поле в отраженном луче в два раза больше поля каждой из волн, т. е. интенсивность такого луча в четыре раза больше интенсивности отдельной волны. Так происходит усиление отраженного света за счет явления интерференции.

На деле, конечно, только в редких и специальных случаях подбирают шаг спирали, длину волны и поляризации света так, чтобы удовлетворить всем этим условиям. Чаще всего на пленку холестерика падает естественный белый свет, в котором есть любая поляризация и любая длина волны. Из всего этого обилия волн холестерик сам выбирает такую волну, которая удовлетворяет всем необходимым условиям, и отражает ее. Все остальные волны проходят сквозь пленку холестерика, и если они затем поглощаются какимлибо материалом или отводятся так, что не могут вернуться назад, то мы видим пленку окрашенной в цвет отраженной волны.

Не надо думать, что только такой слоистый кристалл способен избирательно отражать свет. Любой кристалл точно так же отражает свет. Но в твердых кристаллах толшина эквивалентных тонких пленок равна периоду кристаллической решетки, т. е. расстоянию между атомами. Это расстояние составляет обычно десятые доли нанометра. Излучение с такой длиной волны называется рентгеновским. Мы его не видим глазом. Такой свет «видят» специальные приборы. С помощью изучения отражений рентгеновских лучей успешно расшифровывается самое сложное строение любых кристаллов.

Большинство холестериков отражают видимый свет. Набор холестериков с различными шагами спиралей дает в наше распоряжение богатый набор красок — чистых и ярких. Эти краски наверняка заинтересуют художников своими возможностями, но способ написания картин такими красками художников удивит. Если привычные всем краски наносятся на белый холст, то слои холестериков надо наносить кистью на черное покрытие, которое хорошо поглощает свет. Только в этом случае они заиграют всеми цветами радуги. Действие же обычных красителей основано на совсем ином явлении — избирательном поглощении света.

Есть еще одна особенность холестерической краски. Цвет холестерика — результат коллективных усилий практически всех молекул вещества, которые образуют в пространстве длинную спираль. Разумеется, одна молекула независимо от других не может дать никакого вклада в обсуждаемое явление. Например, обычная жидкость, даже состоящая из оптических антиподов, не обладает избирательным отражением. Коллективность ориентации молекул в холестерике, собственно говоря, и Дает им возможность построить ажурную конструкцию из оптических осей — холестерическую спираль.

Совершенно ясно, что в холестериках, как и в нематиках, можно легко управлять ориентацией оптических осей с помощью электрического поля. Механизм действия поля на молекулы при этом не изменяется. Следовательно, электрическое поле может видоизменять пространственную спираль так, как мы того пожелаем. Например, применительно к холестерикам эффект Фредерикса выглядит так. Если нужным образом отполировать стекла, так что молекулы прилипнут к ним параллельно осям полировки, то в слое холестерина между стеклами ось винта будет ориентирована перпендикулярно стеклянным поверхностям. Пусть молекулы поляризуются полем лучше всего вдоль продольной оси. Тогда, подав на прозрачные электроды, нанесенные на стекла, разность потенциалов электрического поля, превышающую пороговое напряжение, мы сможем повернуть ось холестерической спирали на 90°. В этом случае наблюдатель смотрит сквозь скрещенные поляризаторы на спираль сбоку. В тех местах, где оптические оси в спирали точно параллельны или перпендикулярны оси одного из поляризаторов, холестерик будет казаться наблюдателю темным. На остальных участках пленка холестерика останется светлой. Взглянув на фотографию холестерической пленки, находившейся в таких условиях, читатель воскликнет: «Да это же отпечатки пальцев!» Да, сегодня такие картины деформированных холестериков так и называются.

По «отпечаткам пальцев» судят о величине шага холестерической спирали, который не изменяется эффектом фредерикса. Но спираль можно не только поворачивать, цо и раскручивать электрическим полем, делая ее шаг сколь угодно большим. Подав пороговое электрическое поле Е перпендикулярно оси винта, мы заставим молекулы, поляризующиеся вдоль длинных осей, повернуться так, чтобы они все без исключения стали параллельными полю. 

Таким образом, холестерик превращается в нематик. А при меньших значениях поля холестерик остается холестериком, но его шаг чутко следит за полем и быстро возрастает с увеличением приложенной разности потенциалов. Ясно, что при этом непрерывно меняются и избранные длины волн, которые отражаются холестериком.

Можно сказать, что художник получает возможность изменять краски на своей картине, заменяя мазок на подачу слабого напряжения. Остается добавить, что как эффект Фредерикса, так и раскрутка спирали сейчас активно исследуются с целью применения холестериков в чернобелых и цветных плоских экранах с электронным управлением.