VALCOREANU ANDREI cls. a XII-a D
Optica este acea parte a fizicii
care se ocupa cu studiul luminii si a fenomenelor luminoase.
Clasic se admite ca lumina se propaga pe trasee rectilinii. Purtatorul material al luminii este fotonul. Fotonul se deplaseaza in vid cu viteza constanta de 300 000 km/s valoare cunoscuta inca din secolul 19 dupa experienta clasica a lui Fresnell. Multa vreme s-a considerat ca aceasta este maximum care poate fi atins in actualul Univers.
Numai ca nu este sigur ca viteza luminii nu poate fi depasita. Teoria Relativitatii largite a lui Einstein fixeaza aceasta limita, dar precizeaza ca, din punct de vedere al comportamentului fata de ea se poate lua in discutie existenta a doua clase de copuri. In prima clasa se includ corpurile care nu pot sa o depaseasca asa cum sunt corpurile pe care ne-am obisnuit sa le cunoastem : fiinte vii, vehicule, corpuri ceresti, atomi, elemente subatomice, e.t.c. Despre cea de-a doua clasa momentan doar se banuieste ca exista. Ea ar contine corpurile numite tahioni ( de la grecescul "tachos" care inseamna rapid) care au proprietatea de a se deplasa cu viteze supraluminice. Existenta acestora din urma este in perfecta concordanta cu ecuatia lui Einstein. Dar nu este sigur ca ele exista in realitate. Nici o experienta umana nu le-a inregistrat inca. Daca vor fi ele descoperite vreodata este o problema a viitorului.
Dar daca vor fi descoperite se va ajunge in ciudata situatie a calatoriei inapoi in timp. De aici decurge o interesanta problema legata de posibilitatea influentarii propriei existente prin modificarea primelor momente ale acesteia. Un principiu numit "principiu al cenzurii cosmice" ar rezolva problema. Acest principiu ar consta in aceea ca cei autorizati sa efectueze asemenea calatorii sa fie obligati sa se rezume numai la statutul de observator.
Asa cum am mentionat mai sus, viteza luminii a fost considerata pentru foarte multa vreme si constanta. Daca ea poate fi cu greu depasita si nu de corpurile cunoscute noua, modificarea vitezei de deplasare a fotonilor a fost considerata multa vreme imposibila. Numai ca de mai multi ani, mai multi cercetatori studiaza posibilitatea incetinirii vitezei de deplasare a fotonilor. Rezultatul este ca, foarte recent s-a realizat oprirea acestora si repornirea lor. In alte cuvinte un fascicul luminos este incetinit pana la oprire de un nor de gaz atomic si ulterior reeliberat. Fasciculul care paraseste capcana fotonica are acelasi caractere ca fasciculul captat: viteza, culoare, energie.
De mai multi ani doua echipe de
cercetatori de la Harvard, una condusa de Lene Hau si alta de
Ron Walsworth au realizat incetinirea fascicolelor de fotoni la viteze de numai
cativa zeci de kilometri pe ora ( cam tot atat cu cat ruleaza o
Dacie pe o sosea din Romania ). Un fizician rus, Mikhail Lukin, care
lucreaza in SUA a pus la punct bazele teoretice prin care s-a ajuns la
oprirea totala a fotonilor si repornirea lor ulterioara.
Concomitent cele doua echipe de cercetatori mentionate au
realizat acest fenomen. Modul de lucru este urmatorul. Se creeaza un
nor de gaz atomic ( argon pentru una
dintre echipe si sodiu pentru cealalta ) extrem de subtire ( un milimetru ), racit aproape de zero
absolut. Norul respectiv este stimulat de o raza de laser si se
creeaza astfel ceea ce echipele au numit "starea de negru" care absoarbe
lumina. Se indreapta spre el o alta raza de laser cu sursa
aflata la circa un kilometru departare spre norul astfel stimulat. In
cazul celei de-a doua raze se cunosc cu precizie lungimea de unda, energia
pe care o transporta, viteza de propagare si culoarea. Fotonii cele
de-a doua raze odata intra in norul de gaz si se ciocnesc
de atomi carora le modifica
starea interioara, astfel fiind considerabil incetiniti. Ei
raman in interiorul norului. Pe
masura ce fotonii patrund unul dupa altul in ecranul
mentionat, tot mai multi atomi isi schimba starea. Cand
toti fotonii au fost captati, se inceteaza stimularea
initiala a norului de gaz iar fotonii celei de-a doua raze raman
captati aici. Dupa un scurt interval de timp ( de ordinul miimilor de
secunda, dar care la aceasta scara inseamna extrem de mult ) se
restimuleaza norul atomic cu prima
raza laser. Rezultatul este acela ca, din gazul unde au fost
opriti din deplasare fotonii ies din nou si parasesc mediul
gazos sub forma unei raze de lumina cu aceleasi caracteristici pe
care le poseda la intrare. Imaginile alaturate descriu schematic si
extrem de ilustrativ fenomenul mentionat.
Aceasta descoperire poate fi folosita pentru imbunatatirea calculatoarelor. Mai exact este vorba de un viitor calculator cu procesor optic despre care se vorbeste atat in ultimul timp.
Un alt lucru interesant este traseul urmat de raza
luminoasa. Optica in varianta sa clasica discuta despre raze
rectilinii, nedeviate de nimic. Asa s-a gandit mai multe secole
considerandu-se ca in general, obiectele observate se afla pe
directia indicata de ultima raza de lumina prin care le
percepem. De la geometria lui Euclid si aplicatiile sale noi ne-am
s-a obisnuit sa considere raza de lumina rectilinie. Iata
ca si aceasta idee este pusa sub semnul intrebarii.
Si inca de la inceputul secolului XX. Se pare ca lumina
corpurilor ceresti foarte indepartate, situate la periferia
Universului observabil este perceputa de noi distorsionata prin
curbarea fascicolelor de fotoni de campurile gravitationale foarte mari pe
langa care se deplaseaza. Rezultatul este o imagine
distorsionata a propriului nostru Univers. Priviti imaginile
alaturate. In una dintre ele veti observa un castel englezesc.
Cealalta este aceeasi imagine distorsionata de curbarea razelor
de lumina.
Putem sa ne cream o impresie despre discrepantele dintre imaginea reala a Universului si modul in care ni-l imaginam in momentul de fata.
Bibliografie: Science et Avenir, nr. Martie, Aprilie, August 2001 si
August 2002
