Lene Hau znovu otřásla vědeckým přesvědčením o povaze věcí v přírodě. Mnozí fyzikové nás utvrzovali v tom, že světlo se ve volném prostoru šíří rychlostí 299 792 458 metrů za sekundu (1 079 252 848,8 km/h) a že to nemůže být rychleji, nebo pomaleji. Fyzička z Harvardu to ale již v roce 1998 vyvrátila.
Ve shlucích atomů (sodíku) ve vakuu zpomalila světlo na rychlost, kterou se dopravujeme do práce v době dopravní špičky. Dva roky poté zase přišla s tím, že už světlo zastavila zcela. To už jí vyneslo jednak udělení profesury na Harvardu a také půl milionu dolarů z MacArthurovy nadace k libovolnému užití.
Jak to udělala?
Lene Hau zbrzdí světlo v uskupení zvláště studených atomů. Fígl je v tom, že takto zastavené světlo umí zase probudit k životu. Při tomto procesu se mu dokonce nezkřiví ani „vlas na hlavě“. Přesto, že světlo zastaví, převede jej na hmotu a s odstupem času znovu vyvolá, světlu se po všech těch procedurách nezmění žádná z jeho bývalých charakteristik.
Hau tím šokuje nejen kolegy ale vlastně celý svět. Při tom, jak nechává mizet světelný puls v jednom studeném mračnu atomů a zařídí aby se objevil v jeho těsném sousedství, vlastně nejde o nic menšího, než o to, že se jí daří měnit světlo v hmotu a hmotu zase zpět ve světlo. Je to poprvé v historii lidstva co věda dostává do ruky nástroj, který něco takového dokáže. To je věc, o níž většina vědců myslela, že se nemůže nikdy podařit a proč jí kolegové říkali „Proč to děláte? To je přece nemožné!“
Experiment s objevem zpomalení světla na rychlost jedoucího bicyklu se udál tak, že Hau nasměrovala paprsek světla do shluku chladných atomů. Světlo se v těchto atomech se jakoby otisklo a v vzápětí se, se zpožděním v řádu sekundy, objevilo v jiném shluku atomů, který se nacházel opodál. Shluky uvedených atomů se přitom nedotýkaly a ani si světlo mezi sebou nepřenesly ve formě světla. Muselo to tedy být jinak.
Shluky atomů (jakési mraky atomů) přitom byly od sebe odděleny a žádný se s tím druhým nikdy nesetkal. V době pokusu byly atomy od sebe vzdáleny dvě desetiny milimetru, což je vzhledem k jejich velikosti, parametr představující obrovské vzdálenosti.
Malý háček v tom je. Aby se z toho sousedního uskupení atomů světlo vydobylo, je potřeba jej trochu pošťouchnout. Dělá se to laserovým pulsem. Po takovém zásahu se z mračna atomů uvolní světlo, které má všechny fyzikální charakteristiky koherentního světla, které do sousedního shluku přišlo (včetně vlnové délky i doby trvání pulsu). Obnovené světlo tedy excituje shluk atomů pomalu, pak ale rychle nabude zase svou původní ztracenou, normální rychlost a dál se zase šíří onou rychlostí 299 792 458 m za sekundu.
Komunikace pomocí světla
To, že prostřednictvím světla lze přenášet informaci, netřeba se rozepisovat. Podle nových poznatků lze ale s touto informací manipulovat. Lze ji zpozdit, tedy uchovat a znovu ji zase vyslat dál. To jsou věci, které dosud nebyly možné. Když to převedeme do srozumitelné řeči, tak vlastně nyní můžeme světelnou informaci strčit na nějakou dobu, tak říkajíc, do police a tu samou informaci zase odtud vyndat a pracovat s ní a nebo jí poslat ve stejné formě a síle dál, jakoby se nechumelilo.
Tajemné věci, které jsme nazvali strčením do police, se dějí se světlem ve chvíli, kdy vstoupí do uskupení chladných atomů. Tomuto atomárnímu mračnu se také říká Bose-Einsteinův kondenzát. Zajímavé na něm je mimo jiné i to, že se dokáže smrsknout do objemu padesát milionkrát menšího. Jen si to představte. Světelný paprsek kilometr dlouhý (a s neskutečně velkým objemem nesených informací) se vměstná do škatulky o velikosti průměru lidského vlasu! A přitom se nic z této informace nezmění a neztratí. Takové možnosti si ani tvůrci dnešních nejvýkonnějších počítačů dosud nedokázali představit, ani ve svých nejdivočejších snech. Bez nadsázky lze říci, že se tu otevírají možnosti zcela nových typů počítačů a komunikačních systémů, které budou menší, výkonnější, jež nebude možno odposlouchávat,...
Za tím vším stojí vlastnost hmoty. Atomy se při pokojové teplotě pohybují náhodně a chaoticky. Jestliže je ale ochladíme ve vakuu na teplotu -273.3 stupňů Celsia, začnou se k sobě choulit a chovají se jako jednolitá hmota. Když se do této hmoty střelí laserem a je v nich uchováno světlo, které se do těchto atomů předtím „otisklo“, opustí je. Tento otisk se mezi podchlazenými shluky atomů pohybuje podobně jako vlna. Z jednoho mračna atomů se takový otisk světla ve formě vlny do druhého mračna šíří rychlostí okolo 200 m za hodinu. Toto vlnění hmoty je schopno překonat i určitou vzdálenost mezi jednotlivými mračny. Jakmile ale vlna vstoupí do sousedního mračna atomů, Hau z něj dokáže toto světlo zase získat zpět. Kdyby vám před nějakou dobou někdo řekl, že lze přenést světlo z jednoho místa na druhé „potmě“, věřili byste tomu? A přece je tomu tak. Světlo se ve vakuu mezi podchlazenými atomy přenáší ve formě neviditelné vlny. Vlna se hmotou šíří dokud není zastavena. Zastavit ji už umíme oním zmíněným výbojem laseru. Pokud se laserem z vlnících se atomů „vyšťouchne“, zjeví se nám zase v celé své původní kráse.
Co umožňuje vznik takových vln?
Atomy s otiskem světla se ve vlnící se hmotě vyskytují v poněkud jiném stavu a na jiné energetické hladině, než na jakém stavu jsou atomy hmoty ve shluku, kterým vlna prochází. Tato energie „navíc“ odpovídá tvaru a fázi původního světelného pulsu. V počítačové mluvě lze říci, že jde o jakési zazipování velkého původního světelného souboru. Takto smrsknutá informace je přitom uchována ve zcela bezpečném stavu. Je to stav ve kterém jakákoli manipulace s „daty“ je nemožná. Toto uchování dat je tedy absolutně bezpečné. Zápis neslábne, ani se na něm nic nemění. Únorové číslo časopisu Nature přináší tuto zprávu jako stěžejní informaci a v čísle 8 zmiňovaného časopisu se můžete dočíst další podrobnosti o provedeném experimentu.
Neskutečný objem dat, v neviditelné formě a v neskonale malém prostoru
Světlo, které je neviditelné, je schopno uchovat neskutečně velký objem informací. To všechno jsou věci jak vystřižené ze sci-fi. Je to však realita. Kdy ale začneme tyto poznatky využívat v praxi, je těžké odhadnout. Ale jakmile se tak stane, změní to všechno, s čím jsme nyní obeznámeni a co jsme schopni svými představami obsáhnout. Tak například nebude třeba po zeměkouli vést tolik různých vedení a drátů. Místo přenosu informací optickými kabely do krabiček plných elektronických čipů, se neporušená a zabezpečená data budou odečítat přímo ze světla. Shluky chladných atomů, které autorka v laboratoři vytvořila a které jsou pro využívání této technologie potřeba, byly velké pouze desetinu milimetru. I když jsou tak malé, je třeba je uchovávat v podchlazeném stavu. Ne každá domácnost, kancelář či továrna, má možnost dnes takové prostředí si vytvořit. Vědkyně je ale přesvědčena, že to je řešitelné a že k tomu dojde. To ale také znamená, že zařízení budoucnosti budou vypadat zcela jinak než ta, na které jsme dnes zvyklí. Podle Hau není žádné „možná“. Je si chladně jistá v tom, že sítě využívající komunikaci na principu přeměny světla ve hmotu a zpět, budou na pořadu dne. Stejně jako využití tohoto jevu v uchování a kódování informací, vzniku mnohonásobně výkonnějších řídících systémů nepatrných rozměrů, které budou pracovat s obrovským množstvím dat. To všechno se stane součástí každodenního lidského života. Z nedostatku představivosti o takovém způsobu života s tím nemusíme souhlasit. Ale nevěřte tomu, kdo pokořil světlo, převedl jej do hmoty a tu pak zase transformoval zpátky na světlo?
Video: Světlo a hmota (Harvard University, 2007)
Video: Zpomalení světla (Harvard University, 2001)
Pramen: Harvard University
Diskuze:
