کد خبر : 470 یکشنبه 05 بهمن 1393 - 08:51:42
کاهش-سرعت-نور

کشف بزرگی که محاسبات مهم را زیر سوال می‌برد

کاهش سرعت نور

سیناپرس: پژوهشگران موفق شدند نور را وادار کنند که با سرعت کمتر از نور حرکت کند. آنها با ارسال فوتون‌ها از درون پوشش ویژه‌ای شکل فوتون را تغییر داده و همچنین موجب کند شدن حرکت آن در فضای آزاد شدند.

سیناپرس: سرعت نور به عنوان یک مقدار مطلق در نظر گرفته می‌شود و اندازه آن در فضای آزاد 299792458 متر در هر ثانیه است. سرعت انتشار نور با عبور از موادی نظیر آب یا شیشه کاهش می‌یابد اما به محض بازگشت به فضای آزاد سرعت آن نیز به بالاترین مقدار خود می‌رسد. حداقل تا امروز این طور بوده است.

 

به تازگی دانشمندان اسکاتلندی موفق شدند نور را وادار کنند که با سرعت کمتر از نور حرکت کند. آنها ذرات منفرد نور یا به عبارتی فوتون‌ها را از درون پوشش ویژه‌ای ارسال کردند که شکل فوتون را تغییر می‌دهد و سرعت آنها را به کمتر از سرعت نور کاهش می‌دهد. فوتون‌ها پس از عبور از این پوشش و با وارد شدن به فضای آزاد سرعت پایین خود را حفظ می‌کنند و همچنان با سرعت کمتر از نور حرکت می‌کنند. این آزمایش به احتمال زیاد دید علم نسبت به نور را تغییر خواهد داد. پژوهشگران دانشگاه‌های گلاسگو و هریوت-وات که از اعضای اتحادیه فیزیک دانشگاه‌های اسکاتلند هستند، به صورت مشترک مقاله‌ای از نتایج به دست‌ آمده از تحقیق را در ژورنال ساینس اکسپرس منتشر کردند.

در حدود دو و نیم سال قبل آزمایش‌هایی برای بررسی امکان کند کردن نور و تداوم حرکت آن با سرعت پایین آغاز شد. دکتر ژاکلین رومرو، دکتر دانیل ژیوانی و همکارانشان در آزمایشگاه دانشگاه گلاسگو باندی شبیه مسیر مسابقه برای فوتون‌ها ساختند.

 

مسابقه فوتون‌

سپس پژوهشگران فوتون‌ها را دو به دو در مسیر مسابقه قرار دادند. یک فوتون در حالت عادیش منتشر شد، اما فوتون دوم از پوشش خاصی عبور داده شد. پوشش فوتون را وادار به تغییر شکل و کاهش سرعتش لز سرعت نور کرد.

رومرو می‌گوید: «فوتون دوم با عبور از پوشش به اندازه چند هزارم میلی‌متر از فوتون اول عقب ماند.»

ژیوانی در ادامه توضیح رومرو می‌گوید: « ما مدت زمانی که طول کشید تا فوتون تغییر شکل نیافته به انتهای مسیر برسد را با مدت زمان فوتون تغییر شکل داده مقایسه کردیم. اگر هر دوی آنها با سرعت نور منتشر شده ‌بودند، می‌بایست گرمای از بین رفته‌ای ایجاد می‌شد اما مشاهده کردیم که فوتون تغییر شکل یافته در مقام دوم به انتهای مسیر رسید. هر چند تاخیر در رسیدن به انتهای مسیر توسط فوتون دوم بسیار کوتاه بود اما این آزمایش نشان داد که سرعت پایین فوتون تنها هنگام عبور از داخل پوشش نیست و در بیرون از آن هم دیگر به سرعت ابتدایی خود برنمی‌گردد. این ایده هوشمند به هنگام مکالمه پروفسور دانیل فاچیو از دانشگاه هریوت-وات و پروفسور مایلز پجت از دانشگاه گلسگو شکل گرفت.»

پجت می‌گوید: «بخش تعیین کننده و موثر در این آزمایش پوشش است. در واقع نرم‌افزاری یک دستگاه کریستال مایع را کنترل می‌کند. این پوشش به نظر می‌رسد کمی شبیه به هدف قرمزی است که جلوی چشم گاو نر گرفته می‌شود و پوشش به پرتوی نور الگودهی می‌کند. ما نشان دادیم که این الگودهی به پرتوی نور است که سرعت آن را کاهش می‌دهد. اما پس از آنکه الگو به پرتوی نور تحمیل شد با خلرج شدن آن از درون پوشش و انتشار در فضای آزاد باز هم سرعتش پایین خواهد ماند. شاید از خود بپرسید، اگر فوتون یک ذره است پس چگونه می‌توان یک الگو به آن تحمیل کرد؟ به این دلیل که فوتون در حوزه کوانتومی عجیب و نامتعارف می‌گنجد، که در آن اعتبار قوانین جهان مادی که در آن زندگی می‌کنیم زیر سوال می‌رود. فوتون‌ها خاصیتی از خود نشان می‌دهند که فیزیکدانان به آن دوگانگی موج-ذره می‌گویند زیرا آنها رفتاری شبیه به هر دوی موج و ذره از خود نشان می‌دهند. بنابراین می‌توان آنها را دو به دو باهم به سمت نقطه مشخص ارسال کرد در حالی که شکل یکی را به دلیل خاصیت موجی آن توانسته‌ایم تغییر دهیم.»

 

مسابقه دوچرخه سواری

پژوهشگران می‌گویند در نظر گرفتن روش این آزمایش به صورت یک مسابقه دوچرخه سواری می‌تواند به درک بهتر آن کمک کند.

دسته اصلی دوچرخه‌سواران ممکن است با یک سرعت ثابت حرکت کند. اما در دسته دوچرخه‌سواران منفرد ممکن است آهسته‌تر حرکت کنند یا برای استراحت و یا نوشیدن آب عقب بمانند. در حالیکه دیگر دوچرخه سواران برای رسیدن به نفرات جلویی ممکن است سریعتر حرکت کنند. دسته دوچرخه‌سواران را می‌توان پرتوی نوری در نظر گرفت که با سرعت نور حرکت می‌کنند. دوچرخه‌سواران را می‌توان فوتون‌هایی دانست که با سرعت منفرد خود حرکت می‌کنند.

برای دکتر جیوانی چنین آزمایش و تشابه‌هایی یک چالش فکری و تجربی رضایت بخش بوده است: «این آزمایش ناشی از سوالی است که ما دو سال و نیم قبل از خود پرسیده‌ایم و فقط به کار کردن در مورد آن اندیشیده و عمل کرده‌ایم.»        

پروفسور پجت می‌گوید: «آنچه باعث متفاوت بودن آزمایش ما و به ارمغان آوردن وضوح در آن می‌شود، این است که ما به جای درگیر شدن با پالس نوری که از بی‌شمار فوتون تشکیل شده است، آزمایش را به یک تک فوتون تقلیل دادیم. ما سرعت حرکت یک فوتون منفرد را هنگام انتشار آن اندازه گرفتیم و دریافتیم که حقیقتا می‌توان سرعت آن را به کمتر از سرعت نور کاهش داد. این آزمایش ما را با حقایق ناگواری آشنا کرد. پیشتر از نور برای انجام اندازه‌گیری‌های بسیار دقیق مانند اندازه گیری فاصله ماه از زمین استفاده شده است. حال با پی بردن به این نکته که سرعت نور ممکن بوده است با عبور از برخی لایه‌ها دیگر به اندازه آن در فضای آزاد برنگردد چگونه می‌توان در مورد اندازه‌گیری‌های گذشته یقین داشت؟

خبر خوب این است که در آن مقیاس بزرگ دچار مغایرت فاحشی در اندازه اصلی با مقادیر به دست آمده نخواهیم شد اما در مقیاس‌های کوچک که پژوهشگران با استفاده از لنزهای دیافراگم بزرگ و با دقت بالا فواصل بسیار کوتاه را اندازه‌گیری می‌کنند ممکن است مجبور شوند از این پس حرکت فوتون‌های کندرو را در نظر بگیرند.»

اما نظر جیوانی این است که: «کاربردهای عملی و روزمره‌ای را می‌توان با این کشف جدید توسعه داد و حتی ابداع نمود. هر چند او تصدیق می‌کند که اعمال فیزیک کوانتوم در کاربردهای حال حاضر به دلیل بنیادی بودن آن نیاز به صرف وقت و آزمایشات گسترده‌ای دارد.»


منبع

 

کلید واژه ها: کشف بزرگ کاهش سرعت نور
نظرات شما

[کد امنیتی جدید]