Блогът на budha2 :: ТАЙНАТА НА СВЕТЛИНАТА, НЕВИДИМОСТ, СТЕЛТ. . . . И МАКСУЕЛ/Плазмотрониика

Постинг

Обратно към блога | Предишен постинг | Следващ постинг

10.02.2015 17:50 - ТАЙНАТА НА СВЕТЛИНАТА, НЕВИДИМОСТ, СТЕЛТ....И МАКСУЕЛ/Плазмотрониика

Автор: budha2 Категория: Технологии

Прочетен: 1173 Коментари: 0 Гласове:

Последна промяна: 10.02.2015 18:02

Едва след работата в тази област на шотландския физик Джеймс Кларк Максуел, през XIX в. физиците започнали да разбират ясно законите на оптиката. В известен смисъл Максуел е пълна противоположност на Майкъл Фарадей. Докато Фарадей притежавал превъзходен експериментален инстинкт, но нямал каквото и да е официално образование - Максуел, който бил съвременник на Фарадей, бил експерт по висша математика. Той изпъкнал още като студент по математическа физика в Кембридж, където Исак Нютон бил работил преди два века. Нютон бил създал математическия анализ, който получавал израз на езика на „диференциалните уравнения“ и който описва как обектите претърпяват лесно безкрайно малки промени в пространството и времето. Движението на океанските води, на течностите, газовете и гюлетата може да бъде изразено на езика на диференциалните уравнения. Максуел си поставил една ясна цел - да изрази революционните открития на Фарадей и неговите силови полета посредством точни диференциални уравнения. Максуел започнал с откритието на Фарадей, че електрическите полета биха могли да се превръщат в магнитни полета и обратно. Той взел описанията на силовите полета от Фарадей и ги пренаписал на прецизния език на диференциалните уравнения, създавайки по този начин една от най-важните поредици от уравнения в модерната наука. Това е поредица от осем страховити на вид диференциални уравнения. Всеки физик и инженер в света трябва да се поти над тях, докато учи за електромагнетизма в гимназията. След това Максуел си задал съдбоносния въпрос: ако магнитните полета могат да се превръщат в електрически и обратно, то какво ще стане, ако те постоянно се превръщат едно в друго в един вечен модел? Максуел открил, че тези електромагнитни полета биха създали вълна, която до голяма степен прилича на океанска вълна. За негово удивление той изчислил скоростта на тези вълни и установил, че тя съвпада със скоростта на светлината! През 1864 г., след като открил този факт, той написал пророчески следното: „Тази скорост е толкова близка до тази на светлината, че изглежда така, сякаш имаме силно основание да стигнем до заключението, че самата светлина... е електромагнитно смущение.“ Това било може би едно от най-големите открития в човешката история. За първи път тайната на светлината била разкрита. Изведнъж Максуел осъзнал, че всичко, като се почне от яркостта на слънчевия изгрев и се стигне до блясъка на залязващото слънце, ослепителните цветове на дъгата и непоколебимостта на звездите в небесата би могло да се опише чрез вълните, които той надраскал върху лист хартия. Днес разбираме, че целият електромагнитен спектър - от радара до телевизията, инфрачервената светлина, видимата светлина, ултравиолетовата светлина, рентгеновите лъчи, микровълните и гама-лъчите - не е нищо друго освен вълни на Максуел, които на свой ред представляват вибриращи силови полета на Фарадей. Коментирайки значението на уравненията на Максуел, Айнщайн писал, че те са „най-важното и най-плодотворно събитие, което е преживяла физиката от времето на Ню- тон“. (Трагично е обстоятелството, че Максуел починал на ран- ната възраст от четиридесет и осем години от рак на стомаха - вероятно същата болест, която погубила и майка му на същата възраст. Ако той бе живял по-дълго, може би е щял да открие, че неговите уравнения са допускали изкривявания на континуума пространство-време, които биха довели директно до теорията на относителността на Айнщайн. Зашеметяващо е да осъзнаем, че относителността е можела да бъде открита още по времето на Американската гражданска война, ако Максуел бе живял по-дълго.) Теорията за светлината на Максуел и атомната теория дават прости обяснения на оптиката и невидимостта. В едно твърдо тяло атомите са свързани здраво, а в течност или газ молекулите са разредени. Повечето твърди тела са матови, защото светлинните лъчи не могат да преминават през гъстата матрица от атоми в едно твърдо тяло, която действа като тухлена стена. Много течности и газове, обратното, са прозрачни, тъй като светлината може да преминава по-лесно между големите пространства между техните атоми - пространство, което е по-голямо от вълновата дължина на видимата светлина. Например водата, алкохолът, амонякът, ацетонът, водородният прекис, бензинът и т.н. - всички те са прозрачни, каквито са и газове като кислорода, водорода, азота, въглеродния диоксид, метана и т.н. Има някои важни изключения от това правило. Много кристали са и твърди, и прозрачни. Но атомите на един кристал са подредени във формата на прецизна решетъчна структура в правилни редици с еднакво разстояние между тях. Вследствие на това има много пътища, по които един светлинен лъч може да премине през кристалната решетка. Следователно, макар че един кристал има такова сцепление, каквото има всяко твърдо тяло, светлината все пак може да си пробие път през него. При известни обстоятелства един твърд предмет може да стане прозрачен, ако атомите бъдат подредени произволно. Това може да стане чрез нагорещяването на някои материали до висока температура и след това чрез бързото им охлаждане. Стъклото например е твърдо тяло с част от свойствата на течност заради произволното подреждане на неговите атоми. Някои бонбони също могат да станат прозрачни чрез този метод. Очевидно невидимостта е свойство, което се появява на атомно равнище, описано от уравненията на Максуел, от което следва, че би било изключително трудно - дори невъзможно, да бъде удвоен един обект с използването на обичайни средства. За да направи Хари Потър невидим, човек би трябвало да го втечни, да го свари, за да създаде пара, да го кристализира, пак да го затопли и след това да го охлади, като всичко това би било твърде трудно постижимо дори за магьосник.
Военните, не можейки да създадат невидими самолети, са се опитали да реализират следващото по качество постижение, са създали стелт технологията, която прави самолетите невидими за радарите. Стелт технологията се опира на уравненията на Максуел, за да създаде серия от трикове. Един боен изтребител Стелт е съвсем видим за човешкото око, но неговото радарно изображение върху екрана на вражески радар достига само размера на голяма птица. (Стелт технологията в действителност представлява неочаквана смесица от трикове. Чрез промяната на материалите в реактивния изтребител, посредством намаляване на съдържанието на стомана и използването вместо нея на смола и пластмаси, чрез промяната на ъглите на неговия фюзелаж, чрез пренареждането на ауспусите и т.н., човек може да накара лъчите на вражеския радар, след като се ударят в апарата, да се разпръснат във всички посоки така, че никога да не се върнат на екрана на вражеския радар. Дори с помощ- та на стелт технологията един реактивен изтребител всъщност не е невидим, а по-скоро отразява и разпръсва толкова лъчи, изпратени от вражеските радари, колкото е възможно технически).

В средата на 2007 г. една група учени обяви, че е създала метаматериал, който пречупва видимата светлина с използването на съвсем различна технология, наречена „плазмоника". Физиците Хенри Лизъц, Дженифър Дион и Хари Атуотър от Калифорнийския технологичен институт (Кал Тек) обявиха, че са създали метаматериал, който им отрицателен индекс за по - трудния синьо-зелен регион на видимия спектър на светлината.
Целта на плазмониката е да „сгъстява” светлината така, че човек да може да манипулира обектите в наномащаб, особено върху повърхността на металите. Причината, поради която металите провеждат електричеството, е, че електроните са слабо свързани с металните атоми, затова те могат да се движат свободно по повърхността на металната решетка. Електрическият ток, който тече в жиците във вашия дом, представлява плавният поток на тези слабо свързани електрони върху металната повърхност. Но при определени условия, когато един светлинен лъч се сблъска с металната повърхност, електроните могат да вибрират в унисон с първоначалния светлинен лъч, създавайки вълнообразни движения на електроните върху металната повърхност (наречени плазмони), и тези вълнообразни движения също пулсират в унисон с първоначалния светлинен лъч.По-важно е, че човек може да „сгъсти" тези плазмони така, че те да имат същата честота като първоначалния лъч (и вследствие на това да носят една и съща информация), но да имат много по-малка вълнова дължина. По принцип след това човек би могъл да натъпче тези сгъстени вълни в наножици. Както в случая с фотонните кристали, крайната цел на плазмониката е да създаде компютърни чипове, които да правят изчисления, използвайки светлина, а не електричество. Групата от Кал Тек е изградила своя метаматериал от два слоя сребро, като между тях имаше силициево-азотен изолатор (с дебелина само от 50 нм), действащ като „вълнов водач", който може да направлява посоката на плазмонните вълни. Лазерната светлина влиза и излиза от апарата през два тесни отвора, изрязани в метаматериала. Чрез анализирането на ъглите, при които се пречупва лазерната светлина, докато преминава през метаматериала, човек може след това да докаже истинността на твърдението, че светлината е пречупена чрез отрицателен индекс. НИКОЛАЙ НИКОЛОВ > Невидимост Прозрачност

Нагоре