можно ли остановить световой луч
Можно ли остановить свет?
Мы можем рассматривать свет либо как электромагнитную волну, либо как поток безмассовых частиц – фотонов. Скорость распространения света в вакууме составляет 299 792 458 м/с, что является предельным значением скорости распространения внутри нашей Вселенной. Но можно ли взять и остановить фотоны? То, что звучит, как научная фантастика, уже не раз совершали в своих экспериментах ученые из Университета Дармштадта.
Правда, остановка света выглядит не как отдельный светящийся пучок, неподвижно висящий в пространстве. Ученые научились останавливать в одном месте информацию, переносимую светом. Для этого применяется технология, называющаяся «электромагнитно-индуцированная прозрачность».
В этом случае специалисты используют не пропускающий свет непрозрачный кристалл из сплава празеодима и иттрия, который предварительно охлаждают до нужной температуры и помещают в магнитное поле. Затем на кристалл направляют лазерный луч, который на квантовом уровне переводит атомы вещества в состояние суперпозиции, делая кристалл прозрачным для световых волн определенной частоты. Направляя на кристалл другой лазерный луч, ученые вновь делают его непрозрачным, «закупоривая» внутри него свет. Информация, которую он нес, преобразовывается в атомные спины и может просуществовать там около минуты, прежде чем кристалл вновь делают прозрачным.
Выше можно видеть картинку с изображением трех полос. Данная световая информация в течение 60 секунд сохраняла свою целостность внутри кристалла, пребывая на одном месте, что является своего рода остановкой света.
Иллюстрация: depositphotos | kevron2002
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Новое в блогах
В физике чудес нет
Официальная физика:
дешёвые сенсации наших дней
Страница создана в противовес тем сообщениям средств массовой информации,
в которых некоторые экспериментальные результаты были представлены как сенсационные.
«Квантовая телепортация»
Волне шумихи по поводу «квантовой телепортации» предшествовала небольшая заметка в журнале «Успехи физических наук» (т.168, 1 (1998) 84) со ссылкой на публикацию в «Nature» (курсив и комментарии наши):
«В университете г. Инсбрук (Австрия) выполнены эксперименты по мгновенной передаче свойств одних частиц (поляризации фотонов) другим частицам, находящимся на большом расстоянии от первых. Методику экспериментов предложил в 1993 г. Charles Bennett. Она напоминает мысленный эксперимент по проверке неполноты квантовой механики, обсуждавшийся А.Эйнштейном, Б.Подольским и Н.Розеном в 1935 г. Два фотона пролетают через кристалл с кубической нелинейностью и приобретают противоположные поляризации. Таким образом, измерив поляризацию одного из фотонов, можно сразу же сделать вывод о поляризации второго (*). Согласно квантовой механике, до момента измерения фотоны находились в состоянии суперпозиции различных поляризаций, их квантовые состояния были неопределёнными. После измерения поляризации первого фотона второй фотон также мгновенно получает определённое квантовое состояние. Причём над вторым фотоном никаких измерений не производится (**), и он может находиться на сколь угодно большом расстоянии от первого. Принцип причинности в этом случае не нарушается, поскольку заранее неизвестно, какое именно из двух состояний поляризации реализуется. Опыты были названы «квантовой телепортацией» свойств частиц.»
Что же касается их заявления о перспективе создания «квантового компьютера» с ячейками памяти на «остановленном свете», то это заявление тоже не выдерживает критики. Ведь они умолчали о том, что «остановленный» свет не всегда пускается в путь по желанию экспериментаторов, иногда он делает это самопроизвольно. Хорошо известно, что в определённом проценте случаев высвечивание происходит спонтанно, причём эти «квантовые шумы», согласно квантовой теории, неустранимы. Ясно, что неработоспособен компьютер, у которого ячейки динамической памяти самопроизвольно изменяют свои состояния в промежутках между опросами.
Кстати, рекомендуем разгромную статью: Е.Б.Александров, В.С.Запасский. Легенда об остановленном свете. «Успехи физических наук», т.174, N 10 (2004) 1105. «. картина наблюдаемых в этом эксперименте сигналов не содержит ничего нового и полностью укладывается в традиционные представления физики оптической накачки 50-летней давности».
Именно такую, ничего не доказывающую, оценку массы чёрной дыры проделали специалисты из Института внеземной физики. И сразу же посыпались восторженные комментарии о «фантастическом подтверждении теории тяготения».
О том, как это всё происходило в реальном времени, красноречиво свидетельствует весёлая дискуссия на специализированном форуме «Новости космонавтики», конспект которой мы предлагаем для ознакомления. Если кому-то покажется, что этот конспект сделан предвзято и тенденциозно, пусть сделает получше.
Dawn in Orbit Around Vesta
As Dawn continued thrusting, it was gently captured in orbit by Vesta around 10:00 PM PDT on July 15. Dawn is about 13,000 kilometers (8,000 miles) from Vesta today and approaching it at 23 meters per second (51 mph).
Approach Phase Continues Smoothly
Dawn is about 23,000 kilometers (14,000 miles) from Vesta today and approaching it at 37 meters per second (83 mph).
Слово «нейтрончик» на родном итальянском языке Ферми звучит как «нейтрино». Ну, так и повелось… А карьеру эта «неуловимая прелесть» сделала на редкость головокружительную. Шутка ли: её быстренько перевели в разряд фундаментальных частиц – которых всего-то, считается, четыре. Из грязи – да в князи! В физике появился новый раздел – «Физика нейтрино». Понастроили грандиозных «детекторов». Думаете, эти детекторы реагируют на нейтрино? Ну, что вы! Они реагируют на продукты реакций, которые, как полагают теоретики, может инициировать только нейтрино – одно на триллион, да и то в урожайный год. С этими «детекторами» получается как с заборами, которые строят известным методом: пишут неприличное слово из трёх букв и прибивают к нему доски. Вот на чём держится закон сохранения релятивистского импульса!»
(О.Х.Деревенский. Фиговые листики теории относительности)
Если бы эти корреляции были, их бы нам непременно предъявили. И не потребовалась бы изощрённая статистическая обработка данных, ведь нахождение сдвига между двумя однотипными гребёнками не представляет особых сложностей.
Ученым удалось остановить свет на одну минуту
Исследователям из университета Дармштадта (Германия) удалось остановить поток света на одну минуту. Свет, как наиболее быстрая материя известная во вселенной (скорость 300.000 км/с) был остановлен внутри кристалла. Таким образом, делается возможным создание, так называемой световой памяти, когда информация, переносимая светом, аккумулируется кристаллом. Помимо того, что само по себе подобное исследование будоражит воображение, оно, с весьма большим успехом, может стать подоплекой для создания квантовых сетей дальнего действия, и может быть, это исследование даст подсказки на то, как можно сделать скорость света больше значения, ограниченного вселенной.
Если обратиться к истории, то в 1999 году ученым удалось снизить скорость света до 17 м/с., а затем, два года спустя, та же группа исследователей полностью остановили свет, но всего лишь на несколько долей секунды. Ранее, в этом году, исследователям из института технологий Джорджии (США) удалось остановить свет на 16 секунд, и теперь, ученые из Дармштадта увеличили этот порог на минуту.
Для остановки света, ученые воспользовались так называемой техникой электромагнитно индуцированной прозрачности (EIT). Они использовали криогенно охлажденный полностью непрозрачный кристалл сплава силиката иттрия и празеодима. Управляемый луч лазера направляется в кристалл, и тем самым, создает сложную реакцию на квантовом уровне, делая кристалл полностью прозрачным. Второй источник света (источник данных/изображения) затем направляется на полностью прозрачный кристал. Затем, управляемый лазер выключается, возвращая кристаллу состояние полной непрозрачности. Это действие не только позволяют заключить свет, переносящий данные в ловушку кристалла, но и позволяют устранить его отражение за счет непрозрачности. Таким образом, свет остановлен.
Из за отсутствия свободы передвижения, энергия фотонов собирается атомами кристалла и данные, переносимые светом, преобразуются в атомные спины (не путать с человеческой спиной). Чтобы освободить свет из кристалла, проводят повторное включение управляемого лазера, делающего кристалл вновь прозрачным и атомные спины выпускаются на фотонах. Эти атомные спины могут сохранять когерентность (целостность данных) в течение минуты, после чего луч света пропадает. В сущности, создание подобных условий позволяет обеспечить хранение и получение данных из световой памяти.
На изображении сверху, Вы можете видеть, как ученые успешно сохранили простое изоображение (три горизонтальные линии) в кристалле на 60 секунд. Представляется возможным хранение данных в кристалле на более длительный период времени в случае использования других химических элементов, как например европий, легированный силикатом иттрия и с использованием специально созданных магнитных полей.
Световая память, обеспечивающая квантовую когерентность (такую как поляризация и квантовая запутанность) является жизненно важным моментом для создания квантовых сетей дальнего действия. Также, как и в случае с обычными электронными маршрутизаторами, квантовые маршрутизаторы должны быть способны сохранять входящие пакеты и затем, переправлять их — то что позволяет осуществить подобное открытие. Более того, существует несколько барьеров для преодоления, перед тем, как получится перейти на квантовый интернет- например, необходимо найти способ когерентно хранить свет, сопровождаемый настолько малым количеством шума, что одиночные фотоны могли бы надежно храниться/быть получены и все это необходимо сделать в условиях комнатной температуры. Криогеника, вполне применима в условиях какого-нибудь центра обработки данных, но весьма трудно представить криогенно охлажденный роутер дома 🙂
Физики заявляют, что луч света можно полностью остановить
МОСКВА, 2 фев — РИА Новости. Ученые из Бразилии и Израиля заявляют, что луч света можно не только затормозить, но и полностью остановить, если поместить его в особую точку, где сталкиваются две одинаковые электромагнитные волны, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
Электромагнитные волны, в том числе свет, переносят информацию гораздо эффективнее, чем электрические сигналы, поэтому большая часть современных систем связи основана на оптоволокне и различных лазерных излучателях. Ученые давно пытаются заменить транзисторы и металлические дорожки в чипах световыми аналогами, однако это пока не удается, потому что движением света очень сложно управлять.
Одна из главных проблем заключается в том, что пока невозможно добиться бесконечно долгого существования конкретной световой волны: она или затухает, или рассеивается при движении по пространству. Здесь есть два решения — либо заставить свет двигаться по кругу, удерживая его в одной точке, либо замедлить его скорость почти до нуля.
Пока оба подхода не лишены недостатков. В первом случае волна света постепенно гаснет, а реальное торможение работает или в очень экзотических условиях, или же снижает скорость света всего в несколько десятков раз, что лишает эту затею любого практического смысла.
Майлибаев и его коллеги нашли новое решение, обратив внимание на широко известный феномен — так называемые особенные точки, или сингулярности на языке математики. Под этим словом ученые понимают особые области на графике, где поведение функции не определено. Например, значение функции 1/x стремится к бесконечности при приближении к нулю и просчитать ее поведение в этой части кривой крайне сложно.
До недавнего времени, отмечает Майлибаев, считалось, что у подобных точек нет физического воплощения, однако расчеты его коллег показывают, что их можно создавать, сталкивая две одинаковые волны в двумерном световоде.
Лучи света, проходящие через сингулярность, полностью остановятся, если их сила будет особым образом меняться с течением времени. Малейшие изменения в конфигурации сталкивающихся лучей, как отмечают ученые, выведут «заторможенный» свет из этой точки и заставят его двигаться дальше.
По словам исследователей, первый шаг к реализации этой идеи уже сделан — в 2010 году группе немецких и итальянских физиков удалось создать первую реальную особенную точку, сталкивая микроволны в специальной камере-резонаторе. Аналогичным образом, считают Майлибаев и его коллеги, можно создать и установку, которая могла бы затормаживать свет и другие типы волн. Это стало бы существенным шагом вперед в развитии световых компьютеров и прочих футуристических гаджетов.
Вопрос об «остановке» света. Прошу ответить только сведущих людей.
Скорость света непостоянна, она изменяется при прохождении луча через среду с переменной плотностью и именно этим объясняется такое явление, как преломление света, проходящего через стакан воды. Однако скорость света в этом случае изменяется незначительно. Для того, чтобы существенно замедлить скорость распространения света, необходимо пропустить его сквозь среду с высоким показателем преломления и интерференции.
Американские исследователи работали с парами натрия, температура которых была лишь на миллионные доли градуса выше абсолютного нуля.
Газ удерживался в магнитной ловушке. В обычном состоянии такая среда вообще непроницаема для света, однако она обладает свойством вынужденной электромагнитной прозрачности. Это значит, что в обычном состоянии пары натрия не пропускают импульс лазера пробника, но при воздействии на среду второго луча, она становится прозрачной. Если второй лазер, вынуждающий среду быть прозрачной, выключить в то время, когда луч пробника будет «находится» в парах сверхохлажденного натрия, свет «остановится» в этой среде.
Когда экспериментаторы вновь включали лазер, заставляющий газ пропускать свет, то приборы регистрировали лазерный импульс, исходящий из паров натрия, несмотря на то, что лазер-пробник был выключен.
Таким образом, удалось экспериментально осуществить задержку света.
Открытому эффекту уже сейчас можно предсказать революционное будуще: используя принцип задержки света, можно реализовать процессы хранения и пересылки данных в «квантовых» компьютерах.