Скорость света: новое исследование

Четверг, 26 Январь 2017 10:21
Ученые показали, как движется свет Ученые показали, как движется свет
Самолёты, летающие на сверхзвуковых скоростях, создают конусообразную звуковую ударную волну. Примерно таким же образом импульсы света могут оставлять позади себя конусообразные "следы". И недавно учёные впервые сняли на видео подобное явление с помощью высокоскоростной камеры.

По мнению специалистов, новая технология, которая использовалась для этого открытия, в один прекрасный день может позволить учёным увидеть возбуждение (активацию) нейронов и таким образом получить изображение активности в головном мозге в режиме реального времени.

Но вернёмся к наблюдаемому явлению. Если объект движется сквозь воздух, то он разгоняет его перед собой, создавая так называемые волны давления, которые движутся со скоростью звука во всех направлениях. Если же объект движется со скоростью, равной или большей скорости звука, то он обгоняет эти волны давления. В результате волны давления от этих скоростных объектов накапливают поверх друг друга и создают ударные волны. Последние при прохождении рядом с человеком порождают звуковые удары, которые похожи на раскаты грома.



Как мы уже сказали, звуковая ударная волна имеет форму конуса – этот регион, известный под названием "конус Маха", простирается в основном в задней части движущихся сверхзвуковых объектов.

Предыдущие исследования физиков показали, что свет может создавать конические следы, похожие на звуковые волны. Теперь же учёным впервые удалось снять эти неуловимые "фотонные конусы Маха".

Свет движется со скоростью примерно 300 тысяч километров в секунду при перемещении сквозь вакуум. Согласно теории относительности Эйнштейна, ничто не может двигаться быстрее скорости света в вакууме.

Тем не менее, свет может двигаться чуть медленнее, чем на максимальной скорости. (Например, свет перемещается через стекло со скоростью около 60 процентов от своего максимума). Кроме того, более ранние эксперименты показали, что в определённых условиях можно снизить скорость света более чем в миллион раз.



Тот факт, что свет может двигаться через один материал быстрее, чем сквозь другой, помог учёным создать фотонные конусы Маха. Сначала ведущий автор исследования оптический инженер Цзиньян Лян (Jinyang Liang) и его коллеги из Университета Вашингтона в Сент-Луисе создали узкий туннель и наполнили его туманом, образованным сухим льдом. Этот проход был зажат между пластинами из смеси резины и порошка оксида алюминия.

После этого исследователи отправляли импульсы зелёного лазерного света (каждый длился около семи пикосекунд, триллионных долей секунды) по туннелю. Эти импульсы рассеивались на частичках сухого льда внутри туннеля, создавая световые волны, которые могли входить в окружающие пластины.

При этом зелёный свет, использованный учёными, путешествовал внутри туннеля быстрее, чем он это делал в пластинах. В итоге по мере того как лазерный импульс проходил по туннелю, он формировал в пластинах конус более медленных пересекающихся световых волн.



С целью заснять на видео это неуловимое явление рассеяния света, учёные разработали электронно-оптический хроноскоп, который способен захватывать изображения со скоростью 100 миллиардов кадров в секунду на одной экспозиции.

Новая камера позволила получить три различных "взгляда" на изучаемое явление. Во-первых, было получено прямое изображение сцены, а также была записана временная информация о событии, таким образом чтобы учёные смогли восстановить картину произошедшего по кадрам.

По сути, они "поместили различные штрих-коды на каждое отдельное изображение, так что, даже если бы кадры во время сбора данных смешали бы в кучу, в них можно было бы разобраться", говорит Лян.

Сегодня существуют и другие системы визуализации, которые могут фиксировать сверхбыстрые события. Но этим системам, как правило, нужно записывать сотни или даже тысячи "кадров" изучаемого явления до того, как удастся увидеть его.

Новая же система может записать сверхбыстрые события в ходе всего одного подхода. Соответственно, система поможет в фиксировании сложных непредсказуемых событий, которые могут и не повториться точно таким же образом дважды (как в случае с конусом Маха).

Исследователи считают, что их новый метод может оказаться полезным при фиксировании сверхбыстрых событий в сложных биомедицинских контекстах – живые тканях или при перемещении крови. "Мы надеемся, что сможем использовать разработанную систему для изучения нейронный сетей, чтобы понять, как работает мозг", — заключает Лян.

Прочитано 300 раз

...

Похожие материалы (по тегу)

  • За поясом Койпера есть что-то еще. Но что?..

    Астрономы уже далеко не первый год подозревают, или по крайней мере предполагают, наличие одной, а возможно, сразу и нескольких удаленных планет, оборачивающихся вокруг Солнца. Однако наши наземные телескопы не способны увидеть эти объекты через плотное кольцо пыли и камней, окружающее внутренние границы нашей системы. У этого кольца есть официальное название – пояс Койпера.

  • Ученые: генные модификации ведут к опасным мутациям

    Технология CRISPR/Cas9 уже уверенно входит в клиническую стадию испытаний, и на нее возлагают большие надежды в вопросах лечения рака, СПИДа и многих других тяжелых заболеваний. Вот только в ходе недавнего исследования оказалось, что она может стать причиной сотен незапланированных мутаций в геноме.

  • Маск презентовал подземные сверхскоростные тоннели

    Основатель SpaceX, Tesla и The Boring Company Илон Маск рассказал подробности о своих планах по бурению тоннелей под землей на конференции TED. В феврале этого года Маск начал копать тестовую яму шириной 15 метров на парковке штаб-квартиры SpaceX. Тогда же стало известно, что концепция предполагает строительство до 30 уровней тоннелей, по которым будут передвигаться автомобили и скоростные поезда, в том числе Hyperloop. Напомним, есть все основания полагать, что некогда на Земле (примерно 5-15 тысяч лет назад) уже существовала подобная технология и подземные тоннели, проходящие под всем земным шаром, использовались примерно так же...

  • Великие изобретения и открытия последнего времени
    За последние 10 лет в мире науки произошло немало удивительных открытий и достижений. Наверняка многие из вас слышали о большинстве из представленных в сегодняшнем списке пунктах. Однако их значимость настолько высока, что очередной раз хотя бы кратко не напомнить о них было бы преступлением. Помнить их нужно хотя бы в течение следующего десятилетия, пока на базе этих открытий не будут совершены новые, еще более удивительные научные достижения.
  • Реальные технологии и изобретения будущего
    «Все, что можно было изобрести, уже изобретено», – сказал в 1899 году сотрудник Патентного ведомства США Чарльз Дуэл, и ошибся. Величайшие умы XIX века и представить себе не могли, насколько сильно изменится жизнь цивилизации в XX столетии. Но мы живем в эпоху информатизации, и, пользуясь имеющимися данными, можем пофантазировать, какие изобретения появятся в будущем.