|
|
 |
Όλα βίδες
|
|
|
|
|
|
|
Ίσως να πιστεύετε ότι έχουμε προ πολλού ξεκαθαρίσει τα πάντα γύρω από το φως. Τα παιδιά μαθαίνουν για τα πρίσματα και τους φακούς στο δημοτικό, ενώ υπάρχουν άνθρωποι που φορούν μπλουζάκια με σταμπαρισμένες στο στήθος τις εξισώσεις του Maxwell, των οποίων η κβαντική εκδοχή αποτελεί την ακριβέστερη ίσως θεωρία της σύγχρονης επιστήμης. Παρ’ όλα αυτά, μπλεγμένο μέσα στη θεωρία υπάρχει ένα φαινόμενο που οι φυσικοί ακόμη αγωνίζονται να το εξιχνιάσουν: μια ιδιότητα του φωτός η οποία δεν έχει ερευνηθεί επαρκώς.
Εκτός από χρώμα (το οποίο εξαρτάται από το μήκος κύματος του ηλεκτρομαγνητικού κύματος) και πόλωση (τον προσανατολισμό του κύματος), οι φωτεινές ακτίνες μπορεί επίσης να έχουν τροχιακή στροφορμή (τη μορφή των μετώπων κύματος). Αν και αυτή την ιδιότητα την ανακάλυψαν ερευνητές που ασχολούνται με την οπτική εδώ και μία δεκαετία, για κάποιο λόγο η νέα τούτη γνώση δεν στάθηκε δυνατό να διαδοθεί ευρέως και έμεινε κτήμα μια μικρής κοινότητας ειδικών [βλ. «Λαβίδες φωτός», Καινοτομίες, Scientific American - Ελληνική Έκδοση, Δεκέμβριος 2003]. Μάλιστα, πέρασε σχεδόν απαρατήρητη ακόμη και από εκείνους που έχουν τη μεγαλύτερη ανάγκη να εκμεταλλεύονται κάθε διανοητή ιδιότητα του φωτός ―και φυσικά, εννοούμε τους αστρονόμους.
Ένας αστρονόμος, λοιπόν, το έβαλε σκοπό του να διαδώσει την «είδηση». Στο Astrophysical Journal της 10ης Νοεμβρίου 2003, ο Martin Harwit, ομότιμος καθηγητής του Πανεπιστημίου Cornell, διατυπώνει την ιδέα ότι η τροχιακή στροφορμή του φωτός ίσως μεταφέρει νέες πληροφορίες για τα ουράνια σώματα (πληροφορίες στις οποίες δεν πρόκειται ποτέ να αποκτήσουμε πρόσβαση εφόσον περιοριζόμαστε να μελετούμε μόνο το χρώμα και την πόλωση). «Η εργασία μου έπρεπε προπάντων να λειτουργήσει ως πρόκληση» λέει ο Harwit. «Οι άνθρωποι μένουν εμβρόντητοι και μόνο από το γεγονός πως κάτι τέτοιο είναι δυνατόν.»
Σε μια ιδανική δέσμη φωτός, η οποία παράγεται από ένα λέιζερ ή ένα μακρινό άστρο, τα μέτωπα κύματος είναι επίπεδα. Σε κάθε εγκάρσια διατομή της δέσμης, το κύμα βρίσκεται παντού στην ίδια φάση του κύκλου της ταλάντωσής του. Τα όρη στοιχίζονται στην ίδια εγκάρσια διατομή, και το ίδιο ισχύει για τις κοιλάδες. Σε μια ελαφρώς πιο περίπλοκη δέσμη, ωστόσο, η φάση μεταβάλλεται συναρτήσει της γωνίας περί τον άξονα της δέσμης. Σε μια δεδομένη διατομή, η κατεύθυνση «12 η ώρα» μπορεί να αντιστοιχεί σε όρος και η κατεύθυνση «6 η ώρα» σε κοιλάδα [βλ. προηγούμενη εικόνα]. Αν συνδέσετε με μια γραμμή τα όρη του κύματος, θα προκύψει μια έλικα. Η αμέσως πιο περίπλοκη περίπτωση είναι να έχουμε μια διπλή έλικα, στην οποία η φάση μεταβάλλεται με διπλάσια ταχύτητα (με κοιλάδες στις «3» και στις «9 η ώρα»)· παραπέρα, υπάρχει η τριπλή έλικα (με κοιλάδες στις «2 η ώρα», «6 η ώρα» και «8 η ώρα»), και ούτω καθεξής.
Όπως το πολωμένο φως, έτσι και το ελικωμένο φως μεταφέρει στροφορμή: σε εργαστηριακά πειράματα, έθεσε μικρές πλαστικές χάντρες σε περιστροφή. Εάν προτιμάτε να σκέφτεστε το φως με όρους σωματιδίων (φωτονίων) αντί κυμάτων και παραβλέψετε ορισμένους κβαντομηχανικούς περιορισμούς, μπορείτε να φαντάζεστε τα φωτόνια να διαγράφουν ελικοειδείς τροχιές.
Για να παραγάγουν ελικωμένο φως, οι φυσικοί στέλνουν το φως ενός λέιζερ να περάσει από έναν ελικοειδή φακό ή από ένα ειδικό φράγμα περίθλασης. Ο Harwit διατείνεται ότι ελίκωση του φωτός μπορεί να προκύψει και από φυσικές διαδικασίες που συντελούνται στο σύμπαν, όπως οι μεταβολές πυκνότητας των μεσοαστρικών αερίων οι οποίες λειτουργούν ως φακοί ή ο στρεβλωμένος χωροχρόνος γύρω από περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες. Κάποιοι εξωγήινοι πολιτισμοί πιθανόν να προτιμούν να μεταδίδουν πληροφορίες ελικώνοντας φως παρά χρησιμοποιώντας άλλες μεθόδους κωδικοποίησης (όπως άλλωστε έχουν ήδη προτείνει ορισμένοι φυσικοί για τις γήινες επικοινωνίες ελεύθερου χώρου). Η πλέον ευαίσθητη μέθοδος για τη μέτρηση της ελίκωσης θα συνίστατο στη χρησιμοποίηση μιας σειράς συμβολομέτρων, όπως έδειξε πέρυσι μια ομάδα της οποίας ηγούνταν οι φυσικοί Jonathan Leach και Miles Padgett του Πανεπιστημίου της Γλασκόβης.
Ένα ιδιάζον χαρακτηριστικό του ελικωμένου φωτός θα μπορούσε να αποδειχτεί ιδιαίτερα ελκυστικό για τους αστρονόμους. Ακριβώς όπως ο Βόρειος Πόλος της Γης ανήκει σε όλες τις ωριαίες ατράκτους, έτσι και ο κεντρικός άξονας της δέσμης περιέχει κύματα κάθε δυνατής φάσεως. Όλα αυτά τα κύματα αλληλοαναιρούνται, με αποτέλεσμα κατά μήκος του άξονα να επικρατεί απόλυτο σκότος. Ως εκ τούτου, ο φακός εστιάζει το ελικωμένο φως όχι σε ένα σημείο αλλά σε ένα δακτύλιο. Το 2001, ο φυσικός Grover Swartzlander του Πανεπιστημίου της Αριζόνας πρότεινε να αξιοποιηθεί αυτό το χαρακτηριστικό για την αναζήτηση πλανητών έξω από το ηλιακό μας σύστημα. Εγκατεστημένο σε ένα τηλεσκόπιο, ένα από τα ειδικά φράγματα περίθλασης θα συγκέντρωνε το αστρικό φως σε ένα δακτύλιο, αφήνοντας στο κέντρο μια τρύπα τόσο σκοτεινή ώστε ένα κοντινό αντικείμενο να γίνεται ορατό ακόμη κι αν είναι εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια φορές αμυδρότερο. «Είναι μια εντελώς πρωτότυπη ιδέα» λέει ο Padgett. « Όταν πρωτοδιάβασα την εργασία, είπα “Αυτή, ναι, είναι μια όμορφη ιδέα!”» Οι σύγχρονοι του Νεύτωνα ίσως και εκείνοι θεωρούσαν εξαίσιο το γεγονός ότι το λευκό φως μπορούσε να αναλυθεί στα χρώματα της ίριδας. Δεν αποκλείεται, λοιπόν, το ελικωμένο φως να γίνει μια μέρα κάτι το εξίσου κοινότοπο.
|
|
|
|
|
|
