Brzina svjetlosti: Granice i Čarobne Mogućnosti
Brzina svjetlosti u vakuumu predstavlja apsolutnu granicu brzine u svemiru. Prema radu Alberta Einsteina, ništa ne može putovati brže od 299,792 kilometara u sekundi (ili 186,000 milja u sekundi), jer bi za to bila potrebna beskonačna količina energije. No, to ne znači da svjetlost ne može biti nadmašena pod odgovarajućim okolnostima.
Kako Čestice Mogu Nadmašiti Svjetlost
Svjetlost se u vodi usporava na 225,000 kilometara u sekundi (139,800 milja u sekundi). Iako je to i dalje vrlo brzo, čestice poput onih u nuklearnim reaktorima mogu ga nadmašiti, čime se stvara Cherenkovljeva svjetlost. Međutim, čak ni 225,000 kilometara u sekundi nije najsporija brzina koju je svjetlost ikada postigla.
Eksperiment iz 1998.
U 1998., znanstvenici su uspjeli usporiti svjetlost na samo 17 metara u sekundi, što odgovara sramotnih 61.2 kilometara (38 milja) na sat. Glavni cilj eksperimenta nije bio usporiti svjetlost, već proučiti Bose-Einsteinov kondenzat (BEC), stanje materije koje je prvi put hipotezirao Albert Einstein na temelju rada teoretskog fizičara Satyendre Natha Bosea.
Što je Bose-Einsteinov Kondenzat?
Kada se plin bosona, subatomskih čestica nositelja sile, ohladi na temperature blizu apsolutne nule, formira se jedinstveni kvantni objekt koji se često uspoređuje s djelovanjem jednog atoma. “Valna funkcija BEC-a odgovara osnovnom stanju makroskopskog kvantnog objekta,” objašnjava jedan znanstveni rad. “Drugim riječima, skupina atoma u BEC-u ponaša se kao jedinstvena kvantna cjelina.”
Weird Properties and Applications
BEC ima brojne neobične osobine, uključujući nulu viskoznosti. Kada malo ovog materijala stavite u čašu, on se može “uspeti” po stijenkama čaše. Ove čestice mogu održavati vorteke koji se koriste za stvaranje analognih crnih rupa, a njihovo “eksplodiranje” može nalikovati supernovama, nazivamo ih bosenovima. Pitanje je zašto bi itko želio proučavati ovakve pojave – jer otvaraju vrata novim istraživanjima i tehnologijama.
Tehnike Uspravljanja Svjetlosti
U Rowland institutu za znanost, znanstvenici su postigli BEC superhladeći natrijeve atome u vakuumskoj komori. Prvo su ispalili laser kako bi usporili čestice dok upijaju fotone. Kada su se atomi usporili, stavili su ih pod drugi niz lasera gdje su se dodatno hladili i usporavali, držeći ih u snažnom magnetskom polju.
Kontroliranje Svjetlosti
Kada je formirana rafosfera kondenzata, tim je ispalio jedan laser preko njene širine kako bi postavio kvantnu interferenciju, dok je drugi laser bio usmjeren duž njene dužine. Pod ovakvim uvjetima, svjetlost je značajno usporena. “Postigli smo brzinu svjetlosti od 17 metara u sekundi za propagaciju pulsa u oblaku atoma pripremljenih kao gotovo čisti Bose-Einsteinov kondenzat,” navodi tim o svom eksperimentu.
Tim se također pohvalio kako su uspjeli potpuno zaustaviti laserski puls u atomskom oblaku na temperaturi nešto iznad BEC-a. “Kada je puls usporen, komprimiran i zadržan unutar atomskog uzorka, naglo isključujemo kontrolno lasersko polje, a zatim ga kasnije ponovo uključujemo. Kada se kontrolni laser ponovo uključi, laserski puls se regenerira: možemo zaustaviti i kontrolirano regenerirati puls svjetlosti,” objašnjavaju na web stranici Hau laboratorija.
Zaključak
Proučavanje svjetlosti i njenog ponašanja u eksperimentalnim okruženjima stvar je velike znanstvene važnosti. Razumijevanje fenomena poput Bose-Einsteinovog kondenzata ne pomaže samo u teorijskoj fizici, nego može dovesti do novih tehnologija i inovacija. Kao što je pokazano, svjetlost nije samo brzina – to je nevjerojatna prilika za istraživanje granica znanosti i svemira.
