Autor: Ljubica Šaran

Matrix World

Znanstvenici su uspjeli učiniti nešto što se, do sada, smatralo nemogućim. Zaustavili su kretanje svjetlosti, točnije „zamrznuli“ su je u prostoru i vremenu. Einsteinovska fizika je smatrala kako ništa ne može prijeći brzinu svjetlosti te da je ona stalna i nepromjenjiva. Najnoviji znanstveni rad je pokazao ne samo kako se brzina svjetlosti može modulirati već se ona uz pomoć promjene kvantnih stanja može i zaustaviti na cijelu minutu što otvara potpuno nove mogućnosti istraživanja i stvaranje tehnologija o kojima se do sada nije moglo niti sanjati.

Kako zaustaviti svjetlost?

Zaustavljanje svjetlosti u prostoru i vremenu može se osigurati samo ako ona zadrži svojstva kvantne koherentnosti, točnije da u njoj ostanu informacije koje nosi. Takvo moduliranje svjetlosti bi znanstvenicima omogućilo stvaranje sustava baziranih na kvantnoj osnovi, u kojima je svjetlost glavni medij. Što bi se svjetlost mogla više zadržavati u „zamrznutom“ stanju, to bi novi kompjuterski sustavi bili stabilniji.

Zapravo ovakva manipulacija sa svjetlošću bi dozvolila stvaranje tehnologije koja bi omogućila sigurnu kvantnu komunikaciju na velike udaljenosti. Ali svi dosadašnji pokušaji „smrzavanja“ svjetlosti su padali u vodu.

Svjetlost je elektromagnetsko zračenje koje se kroz prostor kreće brzinom od 300 milijuna metara na sekundu. U stvari svjetlost je mnogim znanstvenicima izgledala kao neuhvatljiva prirodna začkoljica koja je u samo jednoj minuti prelazila razdaljinu od 18 milijuna kilometara, što je oko 20 puta veća razdaljina od Mjeseca do Zemlje.

Prvi pravi pokušaj „hvatanja“ svjetlosti

2013. godine u znanstvenom žurnalu Physical Review A, znanstvenici Yo. O. Duduin, L. Li i A. Kuzmich su objavili znanstveni rad s kojim su promijenili naše poimanje treće denzitetskog poimanja i naravno jednom zauvijek su srušili granice ruba znanosti. Naime, ovaj trojac je uspio „zadržati“ svjetlost uz pomoć takozvnih „hladnih atoma.“ Oni su s prvim pokušajem uspjeli zamrznuti svjetlo na punih 16 sekundi.

Znanstvenik Georg Heinze je naknadno objasnio kako je s njegovim timom uspio konvertirati svjetlosnu koherenciju u atomsku koherenciju. Heinze je konverziju svjetla stvorio uz pomoć efekta kvantnih interferencija s pomoću kristala kojeg su koristili kako medij svjetla.

Kombinacija nekoliko metoda je omogućila “zamrzavanje” svjetla s pohranjenim informacijama. Fotografija vlasništvo Katrin Binner.

Kristal je stvarao uzanu svjetlosnu zraku, kroz proces koji se u svijetu fizike naziva EIT ili elektromagnetski inducirana transparentnost. Zapravo znanstvenici su uperili lasersku zraku kroz kristal koji je premještao atome u stanje kvantne superpozicije.

Da se prisjetimo, kvantna superpozicija je kvantni mehanički fenomen koji dozvoljava subatomskim česticama da istovremeno postoje u više kvantnih stanja. Zapravo superpozicija je jedan od osnovnih fenomena koji omogućuju rad kvantnih računala i njihovih kjubita (nositelja informacija) koji su ništa drugo nego li atomi, ioni, elektroni i fotoni.

Shemaski prikaz njemačkog “hvatača” svjetla.

Nakon ispaljivanja prvotne laserske zrake, pali se druga laserska zraka koja gasi prvu zraku, zbog toga nastaje transparentnost svjetlosti, zapravo ova pomalo čudnovata laserska igra svjetlosti uz pomoć kristala uzrokuje kolabiranje superpozicije i hvatanje sekundarne laserske zrake unutar kristala.

Još jedan prikaz s nevjerojatnim fotografijama svjetlosti koja se polako “smrzava” iz sekunde u sekundu.

Nakon što su svjetlosnu zraku pohranili u kristalu na punih 60 sekundi oni su je bez ikakvih problema ponovno „ispustili“ iz kristalnog zatvora, a da pri tome svjetlost nije izgubila informacije pohranjene u njoj (100 mikrometara visoku i široku sliku sa tri horizontalne pruge), niti je u procesu izgubila svoju formu.

Neposredno nakon objave ovog eksperimenta znanstvena zajednica je gotovo zanijemila, trebalo je proći punih nekoliko mjeseci kako bi se počele čuti prve revizije i komentari, jedan od prvih fizičara koji je komentirao istraživanje njemačkog tima je bio Hugeues de Riedmatten koji je u znanstvenom žurnalu Physics Review izjavio sljedeće:

„Rezultati ovog eksperimenta su otvorili nevjerojatne mogućnosti dugotrajne pohrane kvantne memorije koja je prostorno multipleksna, točnije koja se može pohranjivati u različitim kvantnim bitima s različitim pikselima.“

Io9 smatra kako će u budućnosti znanstvenici pokušavati koristiti različite supstancije kako bi povećali vremensku pohranu informacija unutar svjetlosti. Sigurno je kako njemački znanstvenici iz Darmstadta imaju još neke ideje na umu, te ćemo mi s velikom pažnjom pratiti njihove buduće radove, naročito zbog činjenice da su oni uspjeli zadržati informaciju u „zamrznutoj“ svjetlosti milijun puta duže od prethodnog znanstvenog pokušaja.

Fakultet tehničkih znanosti iz Darmstadta je kombinirao znanja iz nekoliko znanstvenih oblasti koja su se do prije nekoliko godina činila nekompatibilna pa čak i ne spojiva, pa ipak čini se da granice znanosti, polako ali sigurno nestaju te da naša znanost poprima sve više oblike znanstvene fantastike koju smo do sada mogli gledati samo u najboljim serijama takvog žanra, poput Star Treka, Star Warsa i Fireflya.

Budućnost će zasigurno biti interesantna, ne samo ljubiteljima znanstvene fantastike već i svim zaljubljenicima primijenjene znanosti.

Izvor:

Stopped Light and Image Storage by Electromagnetically Induced Transparency up to the Regime of One Minute

Bringing light to a halt: Physicists freeze motion of light for a minute

Light storage on the time scale of a minute

Scientists ‘freeze’ light for an entire minute