Στην σύγχρονη εποχή τα φωτόνια, θεμελιώδη σωματίδια του φωτός, αποτελούν έναν από τους... καλύτερους φίλους του ανθρώπου. Από το κόκκινο λέιζερ που σαρώνει τα barcode στο supermarket, μέχρι και την μεταφορά των πολλών gigabyte ψηφιακών δεδομένων από οπτικές ίνες για το διεθνές συνέδριο για την κλιματική αλλαγή στο Παρίσι, τα μικρά «φωτεινά» σωματίδια είναι ο κοινός παρονομαστής.
Σήμερα, η κοινωνία μας είναι χτισμένη με φως. Επρεπε να περάσουν ολόκληρες χιλιετίες ωστόσο, ώστε να μάθουμε πως να χειριζόμαστε σωστά και προς όφελος μας τις καταπληκτικές ιδιότητες του φωτός (ακόμα και αν δεν το βλέπουμε). Χαρακτηριστικά παραδείγματα οι αόρατες ακτίνες Γ που χρησιμοποιούνται για την θεραπεία του καρκίνου, αλλά και τα επίσης αόρατα ραδιοκύματα που είναι το μοναδικό μέσο που μας παρέχει πληροφορίες για τα πολύ μακρινά αστέρια.
Η πρώτη επανάσταση του φωτός - Οι 5 «τιτάνες» της φυσικής που την συνέθεσαν
Πριν από τον 17ο αιώνα, οι επιστήμονες πίστευαν ότι το φως αποτελείται από ακτίνες που ταξιδεύουν ευθύγραμμα μέχρι να χτυπήσουν κάποια επιφάνεια και να ανακλαστούν. Στα τέλη του 17ου αιώνα όμως, ο Νεύτωνας με έναν ισχυρισμό του άλλαξε τα δεδομένα για την μελέτη της φύσεως του φωτός. Υποστήριξε ότι το φως αποτελείται από πολλά μικρά σωματίδια, ενώ λίγο μετά ο Κρίστιαν Χόυχενς ήταν ο πρώτος φυσικός που πρότεινε την θεωρία της κυματικής φύσης του φωτός. Μια πρόταση που θα επιβεβαιωνόταν μετά από περίπου 200 χρόνια.
Σήμερα, γνωρίζουμε ότι και οι δύο σπουδαίοι φυσικοί είχαν δίκιο. Το έργο του Μάξγουελ τον 19ο αιώνα έβαλε τα θεμέλια έτσι ώστε να σκεφτόμαστε το φως ως ηλεκτρομαγνητικό κύμα, όπου οι ταλαντώσεις ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων μετέφεραν ενέργεια. Το 1900 ο Πλάνκ πρότεινε ότι η φωτεινή ενέργεια εκπέμπεται σε μορφή αυτοτελών ποσοτήτων. Πέντε χρόνια αργότερα, ο Αϊνστάιν εισήγαγε τα γνωστά πλέον φωτόνια, σε θεωρία του για την κίνηση του φωτός. Η διαπίστωση αυτή, που ουσιαστικά αποκάλυψε την διττή φύση του φωτός, ήταν η πιο σημαντική ανακάλυψη του Αϊνστάιν, σύμφωνα με τον ίδιο.
Η δεύτερη επανάσταση του φωτός - Το πέρασμα στην ψηφιακή εποχή
Η επιστημονική κληρονομιά που άφησε πίσω του ο Μάξγουελ, δεν περιορίστηκε στην κυματική θεωρία. Ο Σκωτσέζος φυσικός ανέπτυξε ένα σύνολο από εξισώσεις που προβλέπουν την συμπεριφορά του φωτός, όταν αυτό διαπερνά οποιοδήποτε υλικό. Μπορεί να έχουν περάσει πάρα πολλά χρόνια από τότε, όμως ακόμα και σήμερα οι εξισώσεις του θεωρητικού φυσικού είναι απόλυτα ακριβείς. Ακόμα και σε «σύγχρονα» υλικά που έχουν δημιουργηθεί χάρις στην ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας και της τεχνολογίας υλικών.
Οι εξισώσεις αυτές είναι και το... λίκνο της δεύτερης επανάστασης του φωτός. Η ανακάλυψη της τεχνολογίας των laser στην δεκαετία του '60, τάραξε τα νερά της επιστήμης. Οι φυσικοί άρχισαν να επανεξετάζουν τις ιδιότητες του φωτός και αποτέλεσμα αυτού ήταν η γέννηση του κλάδου της φωτονικής. Ενός τομέα που ασχολείται αποκλειστικά με την φύση και τις ιδιότητες των φωτονίων.
Οι μελέτες γύρω από την ευρύτερη χρήση του laser, άνοιξαν την πόρτα για έναν νέο κόσμο στα μάτια των επιστημόνων. Στις δεκαετίες του '70 και '80, εφευρέθηκαν οι οπτικές ίνες υψηλής διαφάνειας. Η εποχή των καλωδίων είχε μόλις τελειώσει, με τις οπτικές ίνες να τα αντικαθιστούν και την ανθρωπότητα να περνάει στην ψηφιακή εποχή.
Πλέον, η χρήση των φωτονίων έχει περάσει σε επόμενο στάδιο. Οι τηλεπικοινωνίες, σύμφωνα με επιστημονικούς αναλυτές, είναι μόλις η αρχή. Είναι σίγουρο πως τα φωτόνια έχουν πολλά ακόμα να χαρίσουν στην ανθρωπότητα, αρκεί να μάθουμε να τα χειριζόμαστε ακόμα καλύτερα. Ηδη, έχουν δημιουργηθεί νανοκλίμακες φωτονικών ανιχνευτών, που μπορούν να εντοπίζουν μεμονωμένα τα κύτταρα του ανθρώπινου σώματος.
Η μελέτη της συμπεριφοράς του φωτός, μπορεί να οδηγήσει σε συναρπαστικά αποτελέσματα. Ο επόμενος στόχος των φυσικών είναι η πρόβλεψη φαινομένων μέσω των ιδιοτήτων των φωτονίων. Μαλιστα φέτος οι προσδοκίες για την επόμενη επαναστατική, «φωτεινή» ανακάλυψη ήταν πιο ανεβασμένες από ποτέ. Αλλωστε το 2015, ονομάστηκε «Παγκόσμιο έτος του φωτός». Γιατί όμως;
Η αλυσίδα που έσπασε φέτος - Μια παράδοση που συνεχιζόταν για 200 χρόνια
Η ανακάλυψη της κυματικής φύσης του φωτός από τον Μάξγουελ ήρθε το 1865. Την χρονιά που σε λίγες μέρες τελειώνει, ολοκληρώθηκαν 150 χρόνια από αυτήν την σπουδαία δημοσίευση του Σκωτσέζου θεωρητικού. Για αυτό το λόγο, στις 20 Ιανουαρίου του τρέχοντος έτους διοργανώθηκε μια τεράστια εκδήλωση στο Παρίσι, που ουσιατικά ήταν η τελετή έναρξης του «έτους του φωτός».
Δεν είναι όμως μόνο η ανακάλυψη του Μάξγουελ. Το 2015 ήταν επέτειος για πάρα πολλές ανακαλύψεις σε σχέση με την μελέτη του φωτός.
• 1015: Χίλια χρόνια πριν, ο Αραβας φιλόσοφος Ibn al-Haytham δημοσίευσε το «Kitāb al-Manāẓi», ή αλλιώς το «Βιβλίο της Οπτικής». Ενα σύγγραμμα που επηρέασε όσο κανένα άλλο τους επιστήμονες του τομέα της οπτικής, από τον 11ο μέχρι και τον 16ο αιώνα.
• 1815: Ο Γάλλος μηχανικός Ογκουστίν Φρενέλ, για πρώτη φορά προτείνει την κυματική φύση, ως εξήγηση της έννοιας του φωτός.
• 1865: Ο Μάξγουελ αλλάζει τα δεδομένα της επιστήμης. Η ηλεκτρομαγνητική θεωρία της μετάδοσης του φωτός, επιβεβαιώνει την κυματική φύση του.
• 1915: Η θεωρία του Αϊνστάιν για το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο το 1905 ενσωμάτωνεται στην κοσμολογία μέσω της γενικής σχετικότητας.
• 1965: Η ανακάλυψη της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου από τους Πένσιας και Ουίλσον και η ανάπτυξη της τεχνολογίας των οπτικών ινών από τον Τσάρλς Κάο.
Το 2015 θα μπορούσε να συνεχίσει αυτήν την ακολουθία σημαντικών «φωτεινών» ανακαλύψεων. Ωστόσο, όπως φαίνεται μετά από τέσσερις συνεχόμενες ανακαλύψεις, με διαφορά 50 χρόνων ανά μία, η αλυσίδα έσπασε φέτος.
Επόμενο ραντεβού σε... 50 χρόνια.
[Πηγή]
