Lazerių stebuklai ir Kovo 11

Šitą visiškai užribinį, realiai nesuvokiamą dalyką aš pamačiau prieš porą dienų, kai Sergejus Orlovas pašarino labai keistas lazerio spindulio nuotraukas Facebook. Labai labai keistas nuotraukas, kurios buvo tokios, kaip čia pasakius. Tokios, kur žiūri ir nesupranti, ką išties matai, nes išties tai lyg ir kažką matai, ir supranti, kad matai tokią interferenciją, bet supranti, kad taip negali būti. Nu negi gali būti?

Čia yra vienas spindulys, o ne krūva spindulių. Ir čia spindulys išilgai, o ne skersai. Čia ne koks atspindys ant sienos. Įsivaizduokite, kad kažkur po Gedimino stulpais, kažkur apačioje yra vienas prožektorius, ir jis šviečia, o ore jūs matote šitokį vaizdą. Nelabai gaunasi įsivaizduoti, kaip taip gali būti? Tai čia banginė fizika tokia.

Čia yra visiškai pamišęs dalykas. Šitus vaizdus jums duoda Sergejus Orlovas ir Fotoninių technologijų industrinė laboratorija, kuri yra Fizinių ir technologijos mokslų centre. Jei jums atrodo, kad jūs neteisingai supratote kažką, nes negali taip būti – tai žinokite, kad jūs supratote teisingai. Nes tai kaip tik tai, kaip negali būti, bet yra. Čia vienas spindulys ir tas vaizdas – tai ne spindulio skerspjūvis, o vaizdas išilgai spindulio.

Kaip tai vekia? Ogi per fazių sukiojimą, kaip fazinėmis gardelėmis. Šviesos bangos yra bangos, ir galima jas, tiksliau tuos bangų bangavimus visaip sukioti ir banguoti. Ir paskui gauti tokius fokusus, kaip visaip keistai susukti spinduliai.

Šie fokusai yra pats pasaulinio mokslo avangardas, grynas cutting-edge. Ir tai daroma Lietuvoje, ir tai daroma Kovo 11 proga.

Kaip ta interferencija veikia?

Įsivaizduokite, kad jūs esate didelio vandenyno krante. Bangos eina link jūsų į uolas, atsimuša, ir grįžta atgal. Bangos didelės, jų daug, jos keliauja tūkstančius kilometrų. Keliauja tol, kol pasiekia kitą vandenyno krantą. Pakeliui tos bangos tarpusavyje visaip maišosi, interferuoja ir taip toliau, bet kažkoks bangavimas, kuris yra šiame vandenyno krante, kažkaip kažką gal ir keičia kitame vandenyno krante. Kažkaip visai kažkaip. Neaišku, kaip. Bet kažkaip nueina į kitą krantą.

Dabar įsivaizduokite, kad jūs esate toksai išprotėjusiai genialus mokslininkas (maždaug kaip tie iš visokių fantastinių knygų), kad jūs sugalvojote bangomis perduoti pranešimą į kitą vandenyno krantą. Rimtai sugalvojote.

Vienintelė problema – vandenynas didelis, bangų daug, jos maišosi ir gaunasi taip, kad lyg ir nelabai tai gaunasi. Pagaunate, kame problema su tomis bangomis?

O dabar vat įsivaizduokite tokius mokslininkus, kuriems banginės funkcijos yra visiškai tvarkoje, ir jų galvose tos funkcijos sukasi taip natūraliai, kad įprasta matematika jiems jau ne matematika, o tiesiog viena iš belenkiek teorijų, kuriomis jie manipuliuoja taip, kad išvis nei nesuprasi, kas ten jiems galvoje.

Taigi, vat tokie mokslininkai ima ir sugalvoja, kad jei kažkur pakrantėje tinkamose vietose pristatysi tinkamo didumo akmenų, tai jie pasuks grįžtančių bangų fazę taip, kad tos bangos kažkur už kelių tūkstančių kilometrų suinterferuos tarpusavyje, sudarydamos kažkokį piešinį ant jūros paviršiaus.

Ir tie mokslininkai ima ir pastato tuos akmenis, ir kažkur kokie tai kitoje vandenyno pusėje esantys žmonės ima ir pamato, kad jūroje atsirado keisti bangų piešiniai, sudarantys kažkokius simbolius. Gedimino stulpus ir Jogailos kryžių.

Sakykim, čia kažkaip šitaip atrodytų tas lazerio spinduliui skirtų akmenų išdėstymas, pagal tai, kaip pasukama šviesos bangos fazė. Kai pradinės bangos šitaip suvartomos, kažkur toli gaunasi interferencija, iš kurios susidaro Gedimino stulpai.

Visas toks piešinys susidaro iš to, kad įvairios bangos vienoje vietoje susiduria ir persikloja: kažkur susiduria dviejų bangų viršūnės ir gaunasi aukštesnė banga, o kažkur – vienos bangos apačia ir kitos viršus – taip gaunasi lygus vandens paviršius.

Ir visa tai – už tūkstančių kilometrų, už daugybės daugybės subangavimų.

Tai vat šitą dalyką, tik ne su jūros bangomis, o su šviesos spinduliu padarė mūsų mokslininkai. Mikroskopiniai Gedimino stulpai padaryti būtent tuo būdu – matrica, kurioje skystaisiais kristalais sukiojamos šviesos fazės, lazerio spindulyje esančias bangas susukioja taip, kad kažkur toli, praėjusios linzę, šviesos bangos ima interferuoti tarpusavyje, vienur nuslopdamos, kitur – sustiprėdamos. Ir gaunasi tokie vat piešiniai.

To nemoka daryti niekas, čia tik pas mus, Lietuvoje tokie fokusai būna. Realiai tai yra toksai užribinis reikalas, kad aš nežinau, kaip tai nusakyti. Išties tai vandenyne su bangomis kažką tokio padaryti būtų, ko gero, lengviau – sąlyginiai atstumai, matuojant juos bangų periodais, gautųsi begalę kartų mažesni.

O kokia iš to nauda? O nauda tokia, kad galima daryti erdvinius kaitinimus, naudojant pavienį lazerio impulsą, o ne fokusuojant tą lazerį į įvairius gylio taškus. Ir dar daugiau – kažką tokio įmanoma padaryti netgi ir per plotį – t.y., išvis trijų dimensijų erdvėje. Maždaug įsivaizduokite, kad vienas toks lazerio impulsas – ir iš stiklo išpjauta kokia nors erdvinė figūra, be jokio fokusavimo į jokius taškus. Tiesiog vat taip, erdvėje, akimirksniu, vienu impulsu.

Galima tarti, kad tai kažkas panašaus į hologramas (tos irgi leidžia atkurti fazes), bet hologramos netinka didesniems galingumams, o be to, jos dar ir statinės, visgi. O ir veiksmas su hologramomis vyksta ne per spindulio ilgį, o spinduliui statmenoje plokštumoje. O čia – moduliavimas vyksta, naudojant skystųjų kristalų filtrus, ir per gylį, t.y., išilgai spindulio.

Na, dar apie tą veikimą: įsivaizduokite, kad jūs turite žibintuvėlį ir šviečiate į sieną per kokią nors forminę skylę, iškirptą popieriuje. Ant sienos matysis apšviesta sritis, atitinkanti tą skylę. Šviečiate statmenai popieriui, ir gaunasi ten ant sienos atvaizdas, kaip projektoriuje. Paprasta, taip?

O dabar įsivaizduokite, kad sukuriate tokią popierinę skylę, kad šviečiate išilgai jos, o ne skersai. Ir atvaizdas susikuria kažkur ore, išilgai prožektoriaus spindulio. Nelabai paprasta taip padaryti, tiesa? Nelabai paprasta netgi paaiškinti, kaip tai išvis gali būti. Truputį už suvokimo ribų išeina.

Tai vat čia kaip tik ir kalbame apie tokias išilgines skyles, kurios sukioja šviesos bangų fazes taip, kad kažkur susidaro Gedimino stulpai.

Kam to gali prireikti? O pvz., kad ir tokiems fantastiniams dalykams, kaip tūrinės mikroschemos, apie kurias kai kurie iš gamintojų svaigsta jau daugiau kaip pusę šimtmečio ir vis dar negali nei priartėti prie kokių nors technologijų, kurios tokias mikroschemas leistų gaminti.

Įprastos mikroschemos yra dvimatės, tiesiog N dvimačių plokštumų užklojamos viena ant kitos ir sujungiamos tam tikruose taškuose. Gaunasi kad ir daugiasluoksnė, tačiau visvien dvimatė struktūra: pvz., 10 skirtingų medžiagų sluoksnių, tačiau kiekviename sluoksnyje – koks milijonas atspausdintų elementų.

Įsivaizduokim, kad galima daryti ne 10, o 1000 sluoksnių – viskas tada keičiasi tiesiog kardinaliai. Optinėms mikroschemoms tai yra esminis dalykas, o aukštesnis našumas šiuo metu įmanomas tik tranzistorius imant keisti į optiką. Ir vat čia – tie patys tūrinio moduliavimo metodai, kurie gali būti tiesiog vieninteliu įmanomu sprendimu tokioms mikroschemoms gaminti.

Žodžiu, atrodytų, visai paprasti paveiksliukai, mikroskopiniai Gedimino stulpai. Bet tai kažkas tokio užribinio, kad kažką panašaus sunku net įsivaizduoti. Realiai – tai pasaulio ateitis. Pasaulio ateitis – lietuviškuose Gedimino stulpuose.

Tiesiog pabandykite tą nesuvokiamybę įsivaizduoti. Man truputį sprogsta smegenys, kai aš suprantu, kaip tai veikia ir ką mūsų mokslininkai daro. Ir kaip tie Gedimino stulpai atsiranda. Lietuva kuria tiesiog nesuvokiamas technologijas.

Su Kovo 11, ponai ir ponios! Lietuvos Respublikai – jau daugiau, kaip 100 metų!

Rokiškis Rabinovičius rašo jūsų džiaugsmui

Aš esu jūsų numylėtas ir garbinamas žiurkėnas. Galite mane susirasti ir ant kokio Google Plus, kur aš irgi esu Rokiškis Rabinovičius+.

Dalinkitės visur: Share on Facebook
Facebook
0Share on Google+
Google+
0Share on LinkedIn
Linkedin
Tweet about this on Twitter
Twitter

4 thoughts on “Lazerių stebuklai ir Kovo 11

  1. Martynas Skapas

    Nesutikčiau, kad su vandenynu sąlyginai tai būtų lengviau padaryti. Sergejaus darbe (bent mano supratimu) yra pora patogių vietų, kur sumažinam galvos skausmų kiekį (nors jų tikrai per akis), t.y. pirma, „žinom“ spindulio formą, kuri visą laiką išlieka pastovi ir pagal tą spindulio formą padaroma fazinė gardelė (atitiktų variantą, kad po kiekvienos bangų mūšos keletą akmenukų perstumdom, kad pritaikytumėm prie pakitusios bangos) ir antra, „žinom“ kokia terpe tos bangos eina iki atvaizdo, t.y. Sergejaus atveju -- terpė izotropinė, spindulys su aplinka nereaguoja, t.y. bangos interferuoja tik pačios su savimi. Vandenyno atveju, mes turėtumėm žinoti, kada koks besimaudantysis įlips į vandenį ar kada koks laivas praplauks, nes ne vietoje pasimaišęs „akmenukas“ visą vaizdą sunaikintų

    Reply
    1. Rokiškis Rabinovičius Post author

      Kažkuriais atžvilgiais taip, kažkuriais visgi vandenynas yra mikroskopinis, jei bangos ilgiais matuojam. Nors aišku, jo -- vandenyno atveju mums reiktų mąstyti apie fokusuotą spindulį, kuris neišsisklaidytų, praėjęs tą atstumą.

      Visgi man čia pats įdomumas yra tame, kad bangos sumoduliuojamos tokiu būdu. Kažkaip galvoje tie vaizdai nenusipaišo. Too complicated.

      Reply
  2. Šuo

    Kaip tik neseniai su vaikais interferenciją išėjom, sunki velniškai tema. o jei būtume porą savaičių udelsę su programa, tai bent būtų šaunios medžiagos parodyt, kaip čia vis dėlto yra kietai viskas

    Reply

Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *