منو
 کاربر Online
620 کاربر online
 : فیزیک
برای پاسخ دادن به این ارسال باید از صفحه قبلی اقدام کنید.   کاربر offline دبیر گروه فیزیک 3 ستاره ها ارسال ها: 2228   در :  سه شنبه 28 بهمن 1393 [17:47 ]
  کاهش سرعت نور
 

کاهش سرعت نور

بر اساس یافته‌های تیمی از پژوهش‌گران در انگلستان ضرورتی ندارد سرعت نور در خلاء را ۲۹۹۷۹۲۴۵۸ متر بر ثانیه در نظر بگیریم. این تیم دریافته‌اند که اگر فوتون‌ها ابتداً از یک ماسک طرح‌دار بگذرند٬ سرعت این تک‌فوتون‌ها به مقدار کمی کاهش می‌یابد. به گقته‌ی آنان این پدیده (که متفاوت از دیگرِ مشاهداتی است که در مورد سرعت نور وجود داشته است) بایستی در مورد امواج صوتی نیز صادق باشد.

تاریخچه‌ی اندازه‌گیری سرعت نور به سده‌ی ۱۷ میلادی باز می‌گردد اما در سال ۱۹۷۰ بود که فیزیک‌دانان بر روی مقداری که دقت آن تنها چند قسمت در یک میلیارد بود به توافق رسیدند. در سال ۱۹۸۳ این مقدار یک مقدار رسمی به حساب آمد. این تعریف برخلاف تعریف جدید از متر بود که در سیستم بین‌المللی یکاها وجود داشت. بر اساس نظریه نسبیت عام انشتین٬ این سرعت٬ سرعت نور در خلاء است؛ سرعتی که حد نهایی سرعت هر چیزیست - بدون توجه به چارچوب مرجع لختی که در آن اندازه‌گیری می‌شود.

البته اگر نور در محیط چگال‌تری منتشر شود آهسته‌تر حرکت می‌کند. این کاهش سرعت به دلیل اندرکنش فوتون‌ها با محیط و طی مسیر غیرمستقیم فوتون‌ها در درون ماده است. سرعت نور در آب تقریباً ۲۲۵/۰۰۰/۰۰۰ متر بر ثانیه است درحالی‌که در شیشه تقریباً ۲۰۰/۰۰۰/۰۰۰ متر بر ثانیه است. این تغییر٬ بویژه در مواد با «غیرخطیت» بالا٬ چشم‌گیرتر نیز می‌تواند باشد و سرعت نور به چند متر در ثانیه کاهش یابد. اثرات شگفت‌انگیز در خلاء نیز می‌تواند بروز کند همانند جابجایی فاز گوی (Gouy). این اثر زمانی اتفاق می‌افتد که یک پرتوی نوری به یک نقطه متمرکز شده و نتیجه٬ افزایشی جزئی در «سرعت فاز» آن خواهد بود.

فوتون‌های ساختارمند

اکنون به نظر می‌رسد پژوهش‌گران راه جدیدی به سوی تغییر سرعت نور در خلاء یافته‌اند. در طول دو سال مایلز پجیت (Miles Padgett) و همکارانش از دانشگاه گلاسکو همراه با دنیل فاسیو (Daniele Faccio) از دانشگاه هریوت-وات در ادینگبورگ آزمایشی را طراحی کرده‌اند که می‌تواند تعیین کند آیا نور با یک «ساختار فضاییِ» معین آرام‌تر از نور عادی در خلاء حرکت می‌کند یا نه. این پژوهش‌گران با ایجاد یک منبع جفت‌فوتون‌هایی را به شکل همزمان گسیل کرده‌اند. یکی از این فوتون‌ها به سمت یک شمارنده‌ی فوتون بسیار دقیق رهسپار می‌شود درحالی‌که فوتون دیگر از دو ماسک بلورمایع عبور داده می‌شود.

سرعت نور ساختارمند در خلاء کاهش می‌یابد.

در طول فاصله‌ی یک متری٬ این تیم دریافتند که فوتون‌های ساختارمند فضایی به اندازه‌ی ۱۰و ۲۰ طول‌موج از فوتون شریک خود عقب می‌افتند. به گفته‌ی جاکولاین رومرو (Jacquiline Romero) از اعضای این تیم پژوهشی٬ این مقدار با کاهش حدود ۰/۰۰۱ درصدی در سرعت نور برابری می‌کند.

راه‌های بسیار زیادی برای تعریف سرعت نور وجود دارد: سرعت فاز٬ سرعت اوج٬ سرعت اطلاعات و الی آخر. پجیت و همکارانش با سرعت گروه کار کرده‌اند که مشخص می‌کند یک موج الکترومغناطیسی با چه سرعتی حرکت می‌کند. وقتی پرتویی از نور از یک ماسک عبور داده می‌شود برخی از اشعه‌های تشکیل‌دهنده‌ی آن به حرکت خود با زاویه‌ی کوچکی از محور پرتو اصلی به حرکت خود ادامه می‌دهند. چون این اشعه‌ها بایستی مسیر طولانی‌تری را طی کنند بنابراین سرعت گروه کلِ بسته‌ی موج پائین می‌آید و این چیزی است که پژوهش‌گران مشاهده کرده‌اند.

آیا ابهامی وجود دارد؟

ممکن است به نظر برسد اتکا به سرعت گروه تبصره‌ی بزرگی است اما پژوهش‌گران بر این باورند که استفاده از تک فوتون‌ها در این آزمایش بایستی هر نوع ابهامی را در تفسیر این مسئله در بین ببرد. به گفته‌ی پجیت: «یکی از چیزهای مهم درباره‌ی پژوهش ما این است که مورد ساده‌ای از تک فوتون‌ها را انتخاب کرده‌ایم که وقتی مشاهده می‌شوند فرمان «کلیک» را به آشکارساز می‌دهند».

پجیت از کاربردهایی که از نتایج این پژوهش حاصل می‌شود اطلاعی ندارد. آن‌طور که خودش توضیح می‌دهد اگر قطر اپتیکی که مورد استفاده قرار گرفته بزرگ و فواصل کوتاه باشند این اثر به بزرگ‌ترین شکل آشکار می‌شود. البته با این شرایط احتمال آن‌که اثر مهمی در علم نجوم داشته باشد کمتر است. با این وجود او معتقد است این اثر بایستی در هر موجی (شامل صوت) وجود داشته باشد. وی می‌گوید: «این آزمایش را ما در حقیقت برای ارضای کنجکاوی خودمان انجام داده‌ایم. همیشه در مورد پرتوهای ساختارمند علاقه‌مند بوده‌ایم».

به بیان گوری جِنتی (Goëry Genty)٬ فیزیک‌دانی از دانشگاه فناوری تامپر در فنلاند٬ چون این آزمایش قادر است سرعت گروه فوتون‌ها را اندازه بگیرد آزمایش جالبی است. وی می‌افزاید: «در این معنا نتایج این پژوهش با چیز‌هایی که ما از کتاب‌ها می‌دانیم تناقضی ندارد٬ بویژه با نسبیت خاص. در گذشته دو آزمایش برای نشان دادن این اثر وجود داشت٬ اما تازگی که در این آزمایش وجود دارد این است که این پژوهش‌گران با تک فوتون‌ها سروکار داشته‌اند».

مرجع
http://physicsworld.com/cws/article/news/2015/jan/22/structured-photons-slow-down-in-a-vacuum
http://psi.ir/news2_fa.asp?id=1664

  امتیاز: 0.00