Юный техник, 2012 № 11
Шрифт:
При этом, как оказалось, видимая часть луча Эйри почти не рассеивается при удалении от своего источника, превосходя в этом отношении даже лазерный луч.
А недавно Мордехай Сегев и его коллеги из Израильского технологического института в Хайфе нашли способ изгибать луч света под любым углом, вплоть до 360°. То есть, говоря попросту, вязать световые петли и узлы.
По словам Сегева, прежде этого не удавалось сделать из-за ограниченности самой функции Эйри, которая позволяла рассчитывать колебания волн с высокой точностью лишь для небольших углов. Но когда исследователи обратились к уравнениям Максвелла, которые описывают распространение электромагнитных волн (в том числе света), выяснилось, что существуют и такие решения, которые точно описывают подбор фаз излучаемых световых волн, необходимый, чтобы добиться получения изгибающегося пучка света.
Теоретические изыскания израильтян подтвердила на практике другая группа ученых, возглавляемая Джоном Дадли из Университета Франш-Конте (Везансон, Франция). Ученые провели эксперименты, основываясь на модификации изначальной функции Эйри. Используя пространственный модулятор света, исследователи искривили луч под углами до 60°.
Для чего пригодятся «кривые» лазерные лучи? Одно из возможных применений — усовершенствование оптического пинцета, способного без механического соприкосновения передвигать объекты по сложным траекториям.
Другое возможное применение — выжигать лазером изогнутые отверстия. Более того, лучи Эйри могут проникать даже сквозь непрозрачные препятствия, если его шлейф проходит в стороне.
Кстати, о непрозрачных препятствиях. Группа ученых из Массачусетского технологического института сконструировала видеокамеру, которая способна дать изображения объектов, скрытые от прямого обзора. При этом новая камера делает это не с помощью технологий рентгеновского видения, а благодаря своей способности заглянуть за угол.
При этом в работе новой камеры не используется ни квантовая физика, ни черная магия. Андрее Вельтен, руководитель данного проекта, рассказывает: «Нам удалось только правильно совместить известные технологии видеотехники, лазеров и компьютерной обработки…»
Видеокамера снабжена лазерными источниками света, которые освещают всю сцену импульсами, длительностью по 50 фемтосекунд. Эти импульсы отражаются от объектов во всех направлениях. Отраженный лазерный свет падает на скрытый объект и отражается от него, проецируя образ на предметах в окружающем пространстве. Эти слабые отраженные образы скрытого объекта фиксирует высокоскоростная камера и передает на обработку в компьютер, который собирает их вместе и строит почти точную трехмерную копию скрытого объекта. Благодаря высокой производительности центрального процессора компьютера все это занимает весьма мало времени — на обработку одного кадра уходит всего 15 миллионных долей секунды. При этом, правда, погрешность построения трехмерной модели составляет около 2–3 мм, поэтому на синтезированном изображении отсутствуют мелкие детали. Но в любом случае, общая форма скрытого объекта передается довольно точно.
Установка, позволяющая «заглянуть за угол»
«Да будет свет!» — говорим мы, щелкая электрическим выключателем. Но можно ли обойтись без источника света? Команде шведских ученых из Технологического университета Чалмерса удалось решить эту задачку, создав некоторое количество фотонов света из ничего, из абсолютной пустоты.
С физической точки зрения создание фотонов является достаточно легким делом, но всегда присутствует нечто, атом, элементарная частица, которые испускают эти фотоны света. Получение фотонов, которые одновременно обладают свойствами частиц и электромагнитных волн, из абсолютной пустоты попахивало бы черной магией, если бы в природе не существовало довольно странных принципов квантовой механики.
Квантовая теория говорит, что абсолютная пустота не является таковой на самом деле. Независимо от того, насколько пустым кажется область пространства стороннему наблюдателю, пустота, или вакуум, представляет собой кипящую «пену» из «виртуальных» частиц, которые постоянно появляются и исчезают. Время существования этих частиц в обычном пространстве-времени настолько мало, что их не удается зарегистрировать никакими научными приборами и измерительными методами.
Лазерные лучи можно будет использовать для манипуляции с клетками непосредственно в тканях или других сложных средах.
Шведским ученым удалось реализовать методику, с помощью которой были захвачены «виртуальные» частицы, и затем преобразовать их в крошечные частицы света — фотоны. Таким образом, им удалось получить что-то вроде бы из ничего.
Технология этого научного «фокуса» такова. Ученые заставили невероятно быстро двигаться миниатюрное «зеркало»; скорость его перемещения составляла одну четверть от скорости света. Причем это было не реальное, материальное, зеркало. Его роль выполняло электромагнитное поле, генерируемое сверхпроводящей обмоткой высокочастотного электромагнита и колеблющееся с частотой миллиарды циклов в секунду.
Когда «виртуальные» фотоны сталкивались с поверхностью двигающегося «зеркала», у них не оставалось времени для того, чтобы исчезнуть. Энергия этих фотонов поглощалась «зеркалом», которое излучало избыток энергии в виде обычных реальных фотонов.
В принципе можно использовать такую технологию для извлечения из ничего и других частиц, включая электроны и протоны. Но такие эксперименты потребуют неоправданно большого количества энергии, по крайней мере, в настоящее время. Так что пока получение из ничего фотонов света просто является яркой демонстрацией возможностей причудливой и таинственной квантовой механики.
Иное дело, разработка исследователей из университета Северной Каролины, США. Они создали технологию, позволяющую превратить двухмерные заготовки в трехмерные объекты заранее заданной формы с помощью инфракрасного излучения.
На заготовку из специального пластика, в структуре которого во время производства искусственно создано внутреннее напряжение, струйным принтером наносятся черные полосы в местах предполагаемого сгиба. Полученная модель после этого освещается инфракрасным светом. И в результате большего прогрева зачерненных зон заготовка превращается в трехмерный объект, форма которого задана заранее.
Так инфракрасное излучение позволяет собрать кубик из развертки, не притрагиваясь к нему.
По мнению доктора Майкла Дики, одного из участников исследований, этот метод может успешно использоваться для создания различной упаковки и для изготовления несложных деталей различных изделий.
Изменяя ширину наносимой черной полосы, можно управлять углом изгиба заготовки. Кроме того, ширина полосы определяет скорость изгиба, что может использоваться для получения сложных форм. Нанося черные линии на различные стороны заготовки, можно добиться того, чтобы заготовка начала изгибаться в разных направлениях.