Идеята, че светлината има импулс, не е нова, но точната същност на взаимодействието на светлината с материята остава мистерия за близо 150 години.
Ново проучване на Университета на Британска Колумбия (UBC), публикувано неотдавна в Nature Communications, може би разкри една от най-тъмните тайни на светлината - как нейният импулс се превръща в сила и движение.
Йоханес Кеплер, прочут немски астроном и математик, пръв предположи през 1619 г., че налягането на слънчевата светлина може да е причината опашките на кометите винаги да сочат радиално от Слънцето, коментира съавторът на изследването и проф. Кенет Чау (Kenneth Chau) от UBC. Едва през 1873 г. Джеймс Кларк Максуел предсказа, че това налягане се дължи на импулса в самото електромагнитно поле на светлината.
Светлината може да няма маса, но все пак е способна да тласка материални обекти. Това явление се нарича налягане на електромагнитното излъчване. Светлинните частици (фотони) са носители на импулс, но как се прехвърля този импулс не е много ясно.
| Разстояние от Слънцето в а. е. | Налягане, μPa (μN / м2) |
|---|---|
| 0.20 | 227 |
| 0.39 (Меркурий) | 60.6 |
| 0.72 (Венера) | 17.4 |
| 1.00 (Земя) | 9.08 |
| 1.52 (Марс) | 3.91 |
| 3.00 (Aстероиден пояс) | 1.01 |
| 5.20 (Юпитер) | 0.34 |
Международен екип разработи специален експеримент за изучаване на импулса на светлината. Фотоните носят малък импулс и ефектът му може да бъде изследван само кумулативно. Все още няма достатъчно чувствителни устройства, които да измерят ефекта. Ето защо е толкова трудно да се изследва как налягането на електромагнитното лъчение се превръща в сила или движение, обяснява проф. Чау в сайта на университета.
Екипът изгражда огледало, снабдено с акустични сензори, заснема лазерните импулси в огледалото и проучва ефектите. Сензори записват вибрациите, генерирани от фотоните. Еластичните вълни се движат през огледалото като вълни на повърхността на езеро.
Експериментална установка и геометрия. Isolated detection of elastic waves driven by the momentum of light
Най-сетне експеримент потвърди предположенията относно прехвърлянето на импулса от електромагнитни полета в материята.
"Не можем да измерваме директно фотонния импулс, затова нашият подход бе да открием ефекта му върху огледалото, като "прослушваме" еластичните вълни, които се движат през него", споделя проф. Чау. "Успяхме да проследим характеристиките на тези вълни обратно на импулса до самия светлинен импулс, което дава възможност и най-накрая да се определи и моделира как светлинният импулс влияе на материалите".
Изучаването на светлината е важно само по себе си. Но то ще отвори нови перспективи за използването на налягането на електромагнитното лъчение в инженерството. Потенциалните приложения варират от космонавтиката, където може да се използва за задвижване на космически кораби до нанотехнологиите за създаване на удобни за ползване "силови лъчи" (tractor beams).
Класическо изображение на "Стар Трек" с множество "силови лъчи", изстреляни от различни ъгли. Обхващайки обекта, те го придърпват. Едно от потенциалните приложения на откритието.
"Представете си да пътешестваме до далечни звезди на междузвездни яхти, задвижвани от слънчеви платна", коментира Чау. "Или може би тук, на Земята, да разработим оптични пинсети, които биха могли да сглобяват микроскопични машини. Все още не сме стигнали до това, но откритието в това изследване е важна стъпка и съм развълнуван да видя къде ще ни отведе това по-нататък".
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари