Jacob Hoover
0 
1509
390
Zrcadlo, zrcadlo na zdi, jak se nakonec světlo a hmota mísí?
Vědci na chvíli věděli, že světlo má dynamiku a vyvíjí sílu na to, co zasáhne. Ale protože je tato síla tak malá, experimenty nedokázaly přesně sledovat, jak to ovlivňuje hmotu.
Při hledání odpovědí se mezinárodní skupina vědců v nové studii obrátila na zrcadla. „Zrcadlo vždy říká pravdu,“ napsal Tomaž Požar, hlavní autor studia a odborný asistent na katedře strojního inženýrství na Lublani ve Slovinsku v hravé analogii odkazující na „Sněhurku a sedm trpaslíků“, že vytvořeno a odesláno. [Co je to? Vaše otázky z fyziky zodpovězeny]
Přestože Požar a jeho tým neměli rozhovor se zrcadlem, pozorně naslouchali tomu, jak reagovalo, když na něj dopadl paprsek světla. K zrcadlu vybavenému tepelným štítem připojili akustické senzory, které fungují podobně jako lékařský ultrazvuk. (Zahřívání může vytvářet elastické vlny, které by bránily signálu, který se snažili studovat: elastické vlny vytvářené hybností.)
Poté vědci vystřelili laserové paprsky do zrcadla a pomocí akustických senzorů poslouchali vlny vytvořené při dopadu světla na povrch. "Je to jako kladivo rozbít světlo," řekl Požar .
Tyto malé vlny způsobily „zvuky“ nebo drobné pohyby mezi atomy zrcadla. Nejmenší posun, který našli, byl asi 40 femtometrů, což je asi čtyřnásobek velikosti jádra atomu, řekl Požar..
Před tímto experimentem mohli vědci měřit pouze to, jak by světlo přeneslo hybnost na objekt jako celek, řekl Požar. Tato nová metoda jim však umožnila vidět, jak je tato síla distribuována v celém materiálu. A ačkoli předchozí výzkum předpověděl, že světlo pohybuje hmotou ukládáním hybnosti do různých elastických vln, nyní existuje experimentální důkaz, že ano, Požar řekl.
V současné době mají vědci hrst nápadů, jak se hybnost přenáší ze světla na materiál, řekl Požar.
Skotský fyzik James Clerk Maxwell byl první, kdo v roce 1873 navrhl, aby světlo ve svých elektromagnetických polích obsahovalo hybnost. Jeho rovnice spolu s několika dalšími tvoří základ elektromagnetismu. „Každý souhlasí s Maxwellovými rovnicemi elektromagnetismu“ a zákony, které říkají, že hybnost a energie jsou zachovány, řekl Požar. Různí vědci však mají vlastní názory na to, jak je síla světla distribuována v hmotě.
Jedním slavným příkladem je takzvaná diskuse Abraham-Minkowski, argument mezi německým fyzikem Maxem Abrahamem a německým matematikem Hermannem Minkowským. Abraham navrhl, že hybnost fotonu by měla být nepřímo spojena s „indexem lomu“, číslem, které popisuje, jak světlo prochází materiálem, zatímco Minkowski navrhl, že by to mělo být přímo související.
Ačkoli nová studie dosud neurčila, která hypotéza byla správná, vědci doufají, že tento experimentální postup doladí a použije tento experiment v kapalinách a dalších materiálech, aby ho nakonec zjistili.
Požar pokračuje ve své analogii: je to Sněhurka nebo zlá královna? "Je to formismus navržený Abrahamem? Možná ten, který navrhl Minkowski? Nebo je to Einstein ... Nebo ještě anonymního vědce, jehož jméno se jednoho dne objeví ve všech učebnicích?"
Už v roce 1619 navrhl německý astronom a matematik Johannes Kepler, že se zdálo, že ocas komety vždy směřuje od Slunce, protože sluneční světlo na něj vyvíjelo tlak.
Pochopení fyziky za světelnou hybností by Keplera s největší pravděpodobností nadchlo, ale mělo by také nějaké praktické aplikace. Například optická pinzeta by mohla být optimalizována tak, aby působila co nejmenší silou na malé organické předměty, se kterými manipulují. Nebo by mohly být vytvořeny velké sluneční plachty, které by se plavily galaxií na sluneční energii.
Vědci zveřejnili svá zjištění 21. srpna v časopise Nature Communications.
Původně publikováno dne .