Ученым и раньше удавалось замедлить свет или даже остановить его совсем. Но важен не столько результат, сколько способ…
Игры со светом: Оптика
На смену сложным аппаратам для управления скоростью света пришли лазеры и кристалл

При езде по скоростному шоссе вы и не заметите, как стрелка спидометра подкрадется к ста пятидесяти. И только нажав на тормоз, чтобы не прозевать нужный поворот, вспомните, как по‑разному ведет себя машина на низких и высоких скоростях. А если на уме у вас физика (что неудивительно, если вы читаете «ПМ»), в голову вам может прийти еще пара мыслей. Первая — что машины во многом ведут себя как лучи света: чем быстрее они движутся, тем сложнее ими управлять. А вторая — о странном изобретении Мэтью Байгелоу, с помощью которого можно управлять светом.

Скорость света

Байгелоу, вместе с коллегами из университета города Рочестер (Нью-Йорк), недавно изобрел простой прибор для уменьшения скорости света до черепашьей (по космическим понятиям) — примерно с 1 млрд. км/ч до 200 км/ч. Ранее существовало только два пути замедления света: с помощью экзотических материалов, таких, например, как пары рубидия, или с использованием холодильного оборудования, понижавшего температуру среды, через которую проходил свет, почти до абсолютного нуля. Технология, предложенная Байгелоу, использует лазеры и работает при комнатной температуре.

Ученым давно известно, что скорость света в разных средах разная и зависит от показателя преломления материала — иначе говоря, от того, насколько легко материал замедляет и поглощает разные длины волн. В космическом вакууме свет распространяется со скоростью приблизительно 300 тыс. км/с. Если пропустить свет сквозь стекло, его скорость упадет примерно до 200 тыс. км/с. Сильно замедлить свет сложно — это требует сверхнизких температур. Еще будучи выпускником, Байгелоу таким способом замедлил свет до 57 м/сек.

Его последние эксперименты уже не требуют сверхнизких температур. В результате «медленный свет» из лабораторной диковинки превратился в полезную новую технологию. Основа метода — использование александрита, драгоценной разновидности минерала хризоберилла, который обладает свойством казаться зеленым при свете дня и красным при свете ламп накаливания. Расцветка таких кристаллов определяется их внутренней структурой, которая пропускает волны света лишь определенной длины, удерживая остальные. Байгелоу направил пару лазеров на александрит. Один пучок играл роль накачки, второй был сигнальным. Взаимодействие между двумя частотами создало маленькие интервалы в полосе световых частот, которые мог поглощать кристалл, изменив показатель его преломления. Изменение частоты одного из лазеров вызывало изменение скорости света. Одно из очевидных применений «медленного света» — увеличение скорости передачи данных в интернете. С ростом объема передаваемых данных растет и количество «пробок», возникающих, когда сообщения путешествуют по загруженным оптоволоконным путям. Для уменьшения нагрузки пакеты информации переводятся на линии задержки, примерно как самолеты кружат над аэропортом в ожидании посадки. В случае интернета такая линия — это примерно 1,5 км кабеля. «Замедлитель света» Байгелоу помогал бы «пробкам» рассасываться, занимая тысячекратно меньше места и к тому же уменьшая время реакции всей системы. Но подобное практическое применение — только начало. Одна из сверхзадач физики сегодняшнего дня — изучение сверхмалых квантовых сфер, где энергия, сообщаемая объекту простым наблюдением, уже меняет его. Некоторые ученые считают, что прибор Байгелоу станет новым инструментом квантовой оптики, который позволит исследовать это микроскопическое царство.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№7, Июль 2004).