4 міфи про світло

Можливість створення світильника, 7 кольорів веселки та інших поширених ідей про світло. Пост-Science debunks наукових міфів і пояснює загальні помилки. Ми попросили наших експертів прокоментувати популярні ідеї про рух і фізичні властивості світла. Ви можете зробити світильник. По-справжньому вірно.

Коли слово «lightsaber», більшість людей, як правило, думають про традиційну зброю Джеді від знаменитої Зоряних воєн сага. Повільна леза відображає бластерні постріли, блокує ворожі удари і ріже через потужні двері, потім складає в компактну ручку і зберігається без необхідності перезаряджання. Зручний, але дійсно?

З існуючих технологій можна назвати плазмовими та лазерними технологіями різання. Плазмотрони створюють дугу надгарячої плазми, яка може бути натягнута в балку за допомогою магнітного поля. Ця плазма дуга зрізає метали і вогнетривкі сплави. Але розміри такої дуги – близько 10 см, а сама дуга, форма якої у вигляді балки підтримується нанесеним магнітним полем, як правило, відхиляється під впливом будь-яких зовнішніх полів. Крім того, плазмовий промінь має температуру декількох тисяч до пари десятків тисяч градусів, тобто можна боротися з таким мечем тільки в спеціальному захисному костюмі.

Лазерне різання використовує високопотужний лазер, орієнтований на невелику пляму. Висока концентрація енергії дозволяє вирізати практично будь-який матеріал. Довжина променя такого лазера може варіюватися від декількох мікронів до сотні метрів. Тим не менш, для такої функції необхідно забезпечити хороше охолодження і потужне джерело живлення. На сучасному етапі розробки технології все це чітко не вписується в ручці меча, і зажадає зовнішній блок розмір невеликої валізи. Таким чином, для створення світильника буде потрібно як нові матеріали з високою теплопровідністю, так і компактними блоками живлення.

Однак слід зазначити, що навіть при наявності важкої компактної джерела живлення і системи охолодження, яка підходить в ручці меча, є ще проблема, пов'язана з фізичною природою світлового променя. Навіть при високих концентраціях світло не може діяти як твердий, так і при перетині лопаток таких світильників, вони просто проходять через один одного, а не блокують вплив. Так, і постріл від бластера буде проходити через таку «благну», і не буде відображено назад.

Незважаючи на те, що сьогодні в інтернеті вентилятори «Зоряних воєн» можуть знайти меч, який виглядає як зброя Джеді, з потужністю близько 200 мВт, з насадкою Plexiglas, що імітує лопатку, і зарядний пристрій в комплекті.

Володимир Бєлотов, доктор фізико-математичних наук, доцент кафедри фотоніки та фізики мікрохвильових фізико-фізичного факультету Московського державного університету, керівник групи «Магнітотехніка, плазмоніки та нанофотоніки» РКЛУЧ Лайту є потоком частинок.

Строго кажучи, наявність фотона в даній точці (або невеликій просторовій області) можна сказати лише в момент її реєстрації, наприклад, при запуску фотодетектора. Надмірне літеральне представлення фотонів «флілінгу», навіть якщо змащується в космосі через принцип невизначеності, може призвести до появи парадоксів.

Розглянемо наступний приклад: світло потрапляє на напівпрозоре дзеркало, яке частково відображає його (смажити, обертається 90 градусів) і частково передає його. Очевидно, що фотони мають певну ймовірність проходження через дзеркала і іншим чином відображаються ним. Дійсно, якщо ми надягаємо відбиття і минулі балки на фотодетекторах, ми побачимо, що сигнал кожного з них є гребінцем імпульсів, що відповідають індивідуальним фотонам, і детектори не працюють одночасно. Це прекрасно відповідає очікуваній картині: фотон «хоси» який спосіб піти. Для цього експерименту важливо використовувати досить слабку оптичну радіацію, щоб виключити випадковий матч посилань, викликаних одночасною реєстрацією двох різних фотон.

Тепер ускладнюйте схему: надіти замість детекторів звичайні дзеркала і об'єднати два пучки на екрані, щоб вона спостерігала в перешкодах смуги. Вони дійсно відбуваються, навіть для дуже слабких джерел. Але це не вписується в простий «фотон» малюнок! Для слабких джерел практично неможливе наявність двох фотон в контурі. Але якщо цей фотон відбивається від напівпрозорого дзеркала, немає нічого в інтерференційному каналі, що відповідає фотон, який пройшов і навпаки. Що заважає фотон? Відповідь на це питання надана Копенгагенською інтерпретацією квантової теорії: вибір траєкторії, по якій фотон переміщається не відбувається в момент проходження напівпрозорого дзеркала, але в момент реєстрації (якщо отримана інформація дозволяє таким чином зробити вибір). Таким чином, в інтерференційному експерименті фотон пропагує одночасно уздовж двох різних траєкторій (система знаходиться в надложенні штатів минулого і відбивається фотон) і заважає почуття з собою.

Таким чином, такий же фотон можна одночасно в даній балці і в тисячі кілометрів від неї. Літерально важко сказати, що промінь світла складається з фотонапів (таких аргументів підкреслюють Ейнштейн-Подільський-Росен парадокс).

Ситуація може бути далі плутати шляхом введення біфотонів - квантово-плутаних станів двох фотон. За їх участю можна конструювати стани, в яких не тільки доріжки фотонів, але і, наприклад, їх кількість, невизначеність.

В кінці варто відзначити, що принаймні деякі з описаних експериментів, за принципом, можна зробити не тільки з фотонами - наприклад, немає нічого незвичайного втручання електронів. Фотон має ряд унікальних властивостей. Перш за все, нульова маса відпочинку і зарядка роблять його легко створювати і знищити фотони, готувати стани з невизначеною кількістю частинок. І по-друге, фотони взаємодіють досить слабко з навколишнім світом, що дозволяє позбутися від декогеренції - головна «неми» прояву квантових властивостей.

Олексій Рубцов, доктор фізико-математичних наук, фізико-фізичний факультет Московського державного університету, професор кафедри квантової електроніки, зовнішній дослідник RCCV Rainbow of Seven Colors.

Це не міф, є сім кольорів в веселці. Це в першу чергу завдяки структурі нашого ока, так як колір нічого не більше, ніж особливість сприйняття очей світла, що навколо нас, і спектральним властивостям веселки.

Кольори, які ми бачимо в веселці, так звані чистої забарвлення. Це, веселка працює для нас як спектральний пристрій, який відокремлює світло, що проходить через атмосферу по довжині хвиль. Наша око призначена для того, щоб більшість кольорів, які ми сприймаємо, відповідають не одній довжині хвилі, але до групи хвильових довжин, кілька компонентів.

Немає композиційних квітів в районі. У веселці довжина хвилі світла змінюється безперервно в висоту райдужного суглоба, але в кожній точці райдужного суглоба довжина хвилі точно однакова. Наша око об'єднує різні довжини хвилі - шматки райдужного лука з певним кольором. Таким чином, кольори в веселці дійсно вичерпають близько семи, вони плавно переходять в один одного, але так як це чистоті кольори і ніяких комбінацій немає, наше око дещо втрачено, асоціює їх з дуже специфічними кольорами. Так само сім кольорів ми бачимо через призму або дифракційну сітку є компонентами сонячної радіації.

Так буває, що ока природним чином налаштовується до спектра Сонця і чутлива, де є сонячне випромінювання. Але так як у світі навколо нас чисті кольори, які знаходяться в районі, в чистому вигляді, практично не знайдені, наш мозок звикне розпізнати комбінації різних хвильових довжин. Він любить це трохи більше, ніж він любить його.

Чутливий елемент очей конус, є три види, кожен з них чутливий до його діапазону довжини хвиль. Так як спектр чутливості кожного конуса дуже широкий, а в веселці довжина хвилі змінюється плавно, мозок відзначає ту ж саму відповідь в широкому просторі - про той же колір, все одно про те ж саме.

Коли різні, але подібні довжини хвилі надходять в очі, око пов'язує їх приблизно таким же кольором і не намагатися варіюватися. Більшість відтінків виникають, коли багато різних довжини хвилі вдарили око. Якщо ви відправляєте два слабкі, але дуже різні компоненти довжини, око набагато швидше за все, щоб розповісти вам, що це новий колір, ніж це в разі двох хвиль з однієї частини спектра.

Це функція бачення. Ось чому, здається, що є кілька кольорів в веселці, хоча він являє собою весь спектр сонячної радіації, тобто всі довжини хвилі, які ока бачиться в цілому. Здавалося б, що з квітів веселки ви можете зробити весь спектр будь-яких кольорів, але через те, що око чутлива до скатертину (це «добрий», коли одна довжина хвилі корелює з однією частиною спектра, а інший з іншими), око не вважає необхідним для нас, щоб помперувати нас різноманітністю при пошуках толстовки.

Олексій Акімов, кандидат фізико-математичних наук, керівник групи квантових симуляторів російської квантового центру, викладач MIPT, співробітник FIAN, дослідник Гарвардського університету.

Варіабельний, тобто не залежний або від частоти, потужності світлового променя або на вибір довідкової системи, є тільки швидкість світла в вакуумі. У матеріальному середовищі швидкість світла змінюється - наприклад, у скляній або воді вона становить близько 1,7 разів менше. Відрізняються фази та групи: перша відповідальна, наприклад, за закони вогнетривкості та відбиття, а другий несе відповідальність за швидкість передачі сигналів на оптичних лініях зв’язку. Швидкість фази в деяких нефізичних сенсах, не відповідає передачі енергії або інформації. Швидкість фази в деяких випадках може перевищити швидкість світла – це не суперечить нічого. Аналогічно, на надпровідній швидкості, за принципом, сонячний зайчик може переходити - це не може перенести що-небудь з точки, де він був до тієї, де буде.

Частота групи в матерії завжди менше швидкості світла в вакуумі. Питання: Як довго? Оскільки групова швидкість пов'язана з частотою зміни коефіцієнта рефраактивності з частотою, штучними медіа, в яких різко збільшується коефіцієнт реактивності в вузькочастотному регіоні, зазвичай використовується для уповільнення світла сильно (і це також технологічне значення для обробки оптичних сигналів). Важливо, щоб на краю цієї області, де швидкість групи була аномально високою, система не поглинає світло. Це вимагає дуже хорошого контролю за параметрами виготовленої системи. Такий контроль можливий, зокрема, для систем ультрахолодних атомів в пастках - охолодження до мільйонів кевінів відповідає виключенню такого фундаментального фактору «неприємності» як теплового руху. У 1998 році група Лене Хау сповільнилася до 17 м/с, близько 7,6 млн разів. Згодом ця ж група навчалася зупинити світло повністю, заблокувавши її в хмарі ультрахолодних атомів натрію. Видання

Олексій Рубцов, доктор фізико-математичних наук, фізико-фізичний факультет Московського державного університету, професор кафедри квантової електроніки, зовнішній дослідник RCC



P.S. І пам'ятайте, що просто змініть наше споживання – разом ми змінюємо світ!



Джерело: postnauka.ru/faq/44414