Zpomalení světla

15. prosinec 2008 | 06.00 |
› 

Mnozí fyzikové nás utvrzovali v tom, že světlo se ve vakuu šíří rychlostí 299 792 458 metrů za sekundu a že to nemůže být rychleji, nebo pomaleji. Fyzička Lene Hau z Harvardu to ale již v roce 1998 vyvrátila a ve shlucích atomů sodíku ve vakuu zpomalila světlo na rychlost cyklisty. Dva roky poté zase přišla s tím, že už světlo zastavila zcela. To už jí vyneslo udělení profesury na Harvardu.

Experiment s objevem zpomalení světla na rychlost jedoucího bicyklu se udál tak, že Hau nasměrovala paprsek světla do shluku chladných atomů (Bose-Einsteinův kondenzát). Světlo se v těchto atomech se jakoby otisklo a v vzápětí se, se zpožděním v řádu sekundy, objevilo v jiném shluku atomů, který se nacházel opodál. Shluky uvedených atomů (jakési oblaky atomů) se přitom nedotýkaly a ani si světlo mezi sebou nepřenesly ve formě světla. V době pokusu byly atomy od sebe vzdáleny dvě 0,2 mm, což je vzhledem k jejich velikosti, parametr představující obrovské vzdálenosti.

Aby se však z toho sousedního uskupení atomů světlo znovu získalo, je potřeba jej trochu pošťouchnout laserovým pulsem. Po takovém zásahu se z oblaku atomů uvolní světlo, které má všechny fyzikální charakteristiky koherentního světla, které do sousedního shluku přišlo (včetně vlnové délky i doby trvání pulsu). Obnovené světlo tedy excituje shluk atomů pomalu, pak ale rychle nabude zase svou původní ztracenou, normální rychlost a dál se zase šíří onou rychlostí 299 792 458 m za sekundu.

Hau svým objevem překvapila celý svět. Při tom, jak nechává mizet světelný puls v jednom studeném mračnu atomů a zařídí aby se objevil v jeho těsném sousedství, vlastně nejde o nic menšího, než o to, že se jí daří měnit světlo v hmotu a hmotu zase zpět ve světlo.


Prostřednictvím světla lze přenášet informaci a tak podle nových poznatků lze s touto informací i manipulovat. Lze ji zpozdit, tedy uchovat a znovu ji zase vyslat dál. To jsou věci, které dosud nebyly možné. Nyní vlastně můžeme světelnou informaci chvíli skladovat a tu samou informaci zase čase použít a pracovat s ní a nebo jí poslat ve stejné formě a síle dál.


Tajemné věci, které jsme nazvali skladováním světla, se dějí se světlem ve chvíli, kdy vstoupí do uskupení chladných atomů. Zajímavé na něm je mimo jiné i to, že se dokáže smrsknout do objemu padesát milionkrát menšího. Jen si to představte.

Světelný paprsek kilometr dlouhý (a s neskutečně velkým objemem nesených informací) se vměstná do škatulky o velikosti průměru lidského vlasu! A přitom se nic z této informace nezmění a neztratí. Takové možnosti si ani tvůrci dnešních nejvýkonnějších počítačů dosud nedokázali představit Bez nadsázky lze říci, že se tu otevírají možnosti zcela nových typů počítačů a komunikačních systémů, které budou menší, výkonnější, jež hlavně nebude možno odposlouchávat... Za tím vším stojí vlastnost hmoty. Atomy se při pokojové teplotě pohybují náhodně a chaoticky. Jestliže je ale ochladíme ve vakuu na teplotu kolem -273°C, začnou se k sobě choulit a chovají se jako jednolitá hmota. Když se do této hmoty střelí laserem a je v nich uchováno světlo, které se do těchto atomů předtím "otisklo", opustí je. Tento otisk se mezi podchlazenými shluky atomů pohybuje podobně jako vlna. Z jednoho mračna atomů se takový otisk světla ve formě vlny do druhého mračna šíří rychlostí okolo 0,2 km/h. Toto vlnění hmoty je schopno překonat i určitou vzdálenost mezi jednotlivými mračny. Jakmile ale vlna vstoupí do sousedního mračna atomů, Hau z něj dokáže toto světlo zase získat zpět. Kdyby vám před nějakou dobou někdo řekl, že lze přenést světlo z jednoho místa na druhé "potmě", věřili byste tomu? A přece je tomu tak. Světlo se ve vakuu mezi podchlazenými atomy přenáší ve formě neviditelné vlny. Vlna se hmotou šíří dokud není zastavena. Zastavit ji už umíme oním zmíněným výbojem laseru. Pokud se laserem z vlnících se atomů "vyšťouchne", zjeví se nám zase v celé své původní kráse.

Co umožňuje vznik takových vln?
Atomy s otiskem světla se ve vlnící se hmotě vyskytují v poněkud jiném stavu a na jiné energetické hladině, než na jakém stavu jsou atomy hmoty ve shluku, kterým vlna prochází. Tato energie "navíc" odpovídá tvaru a fázi původního světelného pulsu. V počítačové mluvě lze říci, že jde o jakési zazipování velkého původního světelného souboru. Takto smrsknutá informace je přitom uchována ve zcela bezpečném stavu. Je to stav ve kterém jakákoli manipulace s "daty" je nemožná. Toto uchování dat je tedy absolutně bezpečné. Zápis neslábne, ani se na něm nic nemění.

Zpomalení světla v silně disperzním prostředí na rychlost chůze člověka povede jistě v brzké době k mnoha aplikacím. Zajímavé budou i reakce filosofů a pseudofilosofů, pro něž bylo světlo po staletí mýtickým a těžko uchopitelným fenoménem. Nyní ho lidstvo dokáže nejen zpomalit, ale i zastavit.

Neskutečný objem dat, v neviditelné formě a v neskonale malém prostoru
Světlo, které je neviditelné, je schopno uchovat neskutečně velký objem informací. Kdy ale začneme tyto poznatky využívat v praxi, je těžké odhadnout. Ale jakmile se tak stane, změní to všechno, s čím jsme nyní obeznámeni a co jsme schopni svými představami obsáhnout. Tak například nebude třeba po zeměkouli vést tolik různých vedení a drátů. Místo přenosu informací optickými kabely do krabiček plných elektronických čipů, se neporušená a zabezpečená data budou odečítat přímo ze světla. Shluky chladných atomů, které autorka v laboratoři vytvořila a které jsou pro využívání této technologie potřeba, byly velké pouze desetinu milimetru. I když jsou tak malé, je třeba je uchovávat v podchlazeném stavu. Ne každá domácnost, kancelář či továrna, má možnost dnes takové prostředí si vytvořit. Vědkyně je ale přesvědčena, že to je řešitelné a že k tomu dojde. To ale také znamená, že zařízení budoucnosti budou vypadat zcela jinak než ta, na které jsme dnes zvyklí. Budou existovat sítě využívající komunikaci na principu přeměny světla ve hmotu a zpět. Stejně jako využití tohoto jevu v uchování a kódování informací, vzniku mnohonásobně výkonnějších řídících systémů nepatrných rozměrů, které budou pracovat s obrovským množstvím dat.

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 2.5 (4x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře