Kevyt artikkeli, fotoniikkatiedot, tähtien luomistiedot - National Geographic (2023)

Alusta on ollut valoa.Lopussa on kevyesti kevyt.Kaikissa sen muodoissa - näkyvissä ja näkymättömissä - tyydyttää maailmankaikkeuden.Valo on enemmän kuin vähän käsittämätön.Moderni fysiikka on viipaloinut luonnontavarat yhä pienemmiksi ja eksoottisemmiksi aineosiksi, mutta valo ei vähennä.Valo on kevyttä - raikkaa, mutta ei yksinkertaista.Kukaan ei ole aivan varma kuinka kuvata sitä.Aalto?Hiukkas?Kyllä, tutkijat sanovat.Molemmat.Se on valon merkitys jokapäiväisessä elämässämme, että tuskin kiinnitämme siihen mitään huomiota.Valo on melkein kuin ilma.Se on annettu.Ihminen ei viipyisempi valon käsitteen yli kuin kala pohtii veden käsitettä.

On poikkeuksia, tietyt äkillisen arvostuksen hetket, kun näkyy tietty valon ilmenemismuoto, väliaikainen kunnia, sateenkaari, auringonlasku, lämmönsalvon pulssi pimeässä taivaassa, hohtavan meren pinnan hämärässä, hämärtynyt valo metsässä, pieni punainen piste professorin laserpoikkeamasta.Värjätty lasi kirkossa, takavalaistu kirkkaan taivaan vieressä.Kynttilän välkkyminen, tulvii huoneen romanssilla.Taskulamppu etsii katkaisijoita sähkökatkon jälkeen.

Yleensä emme kuitenkaan näe valoa, vain näemme sen kanssa.Et voi arvostaa ruusun kauneutta, jos pohdit, että punainen väri on vain aivojen tulkinta tietystä valon aallonpituudesta, joissa on noin 700 nanometriä toisistaan.Teatterivalaistusjohtaja kertoi minulle, että hän tekee työnsä parhaiten, kun kukaan ei huomaa valoja ollenkaan.Hänen tavoitteenaan on luoda ilmapiiri, mieliala - ei esitellä hienoja uusia dikroisia suodattimia, jotka luovat hämmästyttävän voimakkuuden värejä.

Koska joku, jonka valon ymmärtäminen melko paljon alkoi ja päättyi kytkimien kääntämiseen, olen huolestunut siitä, että tarina valosta olisi melko eteerinen ja esoteerinen.Varmasti ei olisi mitään, joka muistuttaa uutisia valon lyönnistä.Väärä!

Kokeile Internet -hakua avainsanassa "Photonics".Fotoni on se, mitä kutsut valoa, kun se käyttäytyy kuin subatomiset hiukkaset.Fotonit osoittautuvat olevan kuuma hyödyke.Ne korvaavat elektronit - tunnemme heidät luokkakoulusta negatiivisesti varautuneina hiukkasina, jotka kiertävät atomien ytimiä - nykyaikaisen teollisuuden suosikkityökaluna tiedon välittämiseen.

Valoa käytetään nyt kaikkeen lasersilmäleikkauksesta puhelintekniikkaan.Valon mahdolliset sotilaalliset sovellukset ovat suoraan tieteiskirjallisuudesta, ja vuosikymmenen kuluessa valo voi olla suositeltava ase vihamielisten ohjusten zappinnassa taivaalta.Valosta voi tulla jopa ensisijainen virtalähde pitkän matkan avaruusmatkoille.Avaruusaluksella olisi ultra-purje tarttuakseen maanpohjaisesta laserista säteilevän valon tuulen "tuulen".Teoriassa tällainen vene voisi kiihtyä huomattavaan osaan valon nopeudesta - kantamatta polttoainetta.

Mitä enemmän katsot aihetta, sitä enemmän huomaat, että meidän elämämme on rakennettu valon ympärille, että päivittäinen olemassaolomme on jatkuvasti muotoiltu - ja se on tehty eläväksi - sillä epäselvät tavarat, jotka ovat peräisin ajan alusta alkaen.Teknologiastamme henkisesti olemme valon olentoja.

Yksi kysymys ei näytä katoavan: mikä on kevyt, tarkalleen?Sain osan vastauksesta maailman suurimmasta laserista, kansallisesta sytytyslaitoksesta.NIF on rakenteilla Lawrence Livermoren kansallisessa laboratoriossa noin tunnin päässä San Franciscosta itään.Laser on tosiasiallisesti 192 laseria yhteistyössä - tai ehkä pitäisi sanoa törmäys.Vuoden 192 yksittäiset valonsäteet, jotka on ryhmitelty neljään kimppuun, kulkee 700 metriä (122 metriä) pituus 700 jalkaa (213 metriä) pituuden.Syöttäessä peilikytkin, jokainen nippu rypäle ja ampuu yhden kohdekammion 48 portaalista.Kammio on laitoksen tähden vetovoima.Sen halkaisija on 30 jalkaa (9,1 metriä), painaa miljoona puntaa.Portaalit antavat sille himmeän pinnan, joka tuo mieleen valtavan golfpallon ulkotilasta.

Kammion sisällä lasersäteet törmäävät kullattuun sylinteriin, hieman pienemmäksi kuin pureman kokoinen totsie-rulla, jossa on kaasua täytettyä pellettiä.Pelletin kaasut kaiken tämän valon paineen alla puristuvat pisteeseen, jossa ne saavuttavat ydinfuusion.

"Tavoitteena on luoda miniatyyritähti laboratorioon", sanoi NIF -projektipäällikkö Ed Moses.

Tämä on vähintäänkin kunnianhimoinen projekti, ja sen 3,4 miljardin dollarin hintalappu ei ole karannut kriitikkoja.He huomauttavat, että NIF ei ehkä koskaan tuota fuusioreaktiota.Teknologisesti tämä ei ole slam dunk.Kukaan ei ole koskaan onnistuneesti käyttänyt valoa atomien ytimien yhdessä.Suuri laser antaa tutkijoiden tutkia lämpöreaktioita räjäyttämättä pommia.NIF: n pitkäaikainen tavoite on puhdistaa teknologinen polku kohti halvan, ehtymättömän, pilaantumattoman sähkön lähdettä.

"NIF tuottaa enemmän voimaa yhden nanosekunnin laserpulssissa kuin kaikki muualla maailmassa tuotetut voimat", kertoi fyysikko Vaughn Draggoo, joka näytti minulle kohdekammion.

Kuinka se kysyin Moosesta, että valo on niin hyödyllinen energialähde?

"Koska voit pakata paljon valon energiaa hyvin pieneen kohtaan", hän sanoi.Hän totesi, että lapset löytävät tämän leikkiessään suurennuslasilla aurinkoisena kesäpäivänä.

Täällä tulemme valon ihmeen yhdelle puolelle.Sillä ei ole äänenvoimakkuutta.Ja fotoneilla ei ole varausta, joten keskittymisprosessissa erittäin pieneen tilaan he eivät torju toisiaan, kuten negatiivisesti varautuneet elektronit tekevät.(NIF sopii 4 x 1024 fotoneihin kohdekapseliin.) "Ne eivät häiritse toisiaan" on tapa, jolla Mooses asettaa sen.

Kuinka monta valon enkeliä voi tanssia tapin päähän?Teoriassa ääretön luku.

Niin vaikeaa kuin se on valon ymmärtäminen, muinaisten oli paljon vaikeampaa.Koska heillä ei ole tieteellisiä instrumentteja, ne voivat koettaa valon luonteen vain kekseliäisillä mielillään."Valo on läpinäkyvän aktiivisuus", oli yksi Aristoteleen melko läpinäkymättömistä ilmoituksista.Tämä läpinäkyvyys oli erilaisten aineiden olennainen ominaisuus;Kun se aktivoituu aurinko tai tuli, se tuotti valoa ja väriä.

Viidennen vuosisadan B.C.Filosofilla ja runoilijalla Empedoclesilla oli loistava intuitio, että valo on aurinko lähettämä suoratoistoaine ja että emme ole tietoisia sen liikkeestä, koska se liikkuu liian nopeasti.Mutta hän merkitsi myös "silmän sisällä olevan tulen" käsitteen vertaamalla silmiä lyhtyihin.Monet kreikkalaiset, mukaan lukien Platon ja Euclid, jakoivat tämän uskomuksen, että silmät tuottavat jonkinlaisen visuaalisen säteen.Se selitti utelias tosiasia, että joskus katsomme esineen suuntaan, mutta emme huomaa sitä välittömästi.Säte, sen oletetaan, on osuttava esine suoraan ennen kuin se voidaan nähdä.Aristoteles oli niiden joukossa huomauttaa, että jos tämä olisi totta, voisimme nähdä pimeässä.

Tuhat vuotta sitten arabien tutkija Alhazen väitti, että kipu, jota tunnemme aurinkoa, on todiste siitä, että valo on tulossa silmään eikä päinvastoin.Vuosisatoja myöhemmin Leonardo da Vinci tajusi, että silmä on samanlainen kuin Alhazenin edelläkävijä kamera Obscura, jossa valo kulkee nastareiän läpi tummenneen huoneeseen ja heittää käänteisen kuvan ulkomaailmasta seinälle.Descartes teki myöhemmin melko dramaattisen tutkimuksen härän silmämunasta, raaputtaen silmän takaosan ja kurkisti sen läpi.Hän näki, että silmä vangitsee käänteisen, ylösalaisin olevan kuvan maailmasta.Miksi maailma ei näytä ylösalaisin?Koska mielemme korjaa kuvan.Näkymässä on sekä fyysinen että psykologinen elementti.

Valo kulki pian Isaac Newtonin laboratorion läpi eikä koskaan näyttänyt samalta.1660 -luvulla Newton osoitti, että valkoinen valo koostuu kaikista spektrin väreistä.Prismaa käyttämällä hän mursi auringonvalon sateenkaareksi, sitten käytti myöhemmin toista prismaa yhdistääkseen värit takaisin valkoiseen valoon.

"Mikä tahansa valo on", hän kertoi kuninkaalliselle yhteiskunnalle vuonna 1675, "luulen, että se koostuu peräkkäisistä säteistä, jotka eroavat toisistaan ehdollisissa olosuhteissa, kuten merkitys, muodoissa tai voimassa, kuten hiekkina kentällä, meren aallot, ihmisten kasvot ja kaikki muut luonnolliset asiat."

Newton uskoi, että valo oli hiukkasista - "Monikokoisia kuvittelemattomia pieniä ja nopeita runkoja, jotka lähtevät loistavista ruumiista suurilla etäisyyksillä peräkkäin."Newton oli tieteellisen maiseman jättiläinen, että hänen kilpailijoillaan ei ollut vähän onnea työntämällä teoriaa, jonka mukaan valo on aalto.Aaltoteoria ei alkanut palautua, ennen kuin 1800-luvun tieteen titaanit liittyivät taisteluun valon ymmärtämiseksi ja ylivoimaisesti aaltojen puolelle.Se oli James Clerk Maxwell, skotti, joka teki 1860 -luvulla yhden tärkeimmistä läpimurtoista.Hän oli opiskellut sähköä ja magnetismia ja huomannut, että he etenivät avaruuden kautta - poistoa - valon nopeutta.Valo, hän päätteli, on "sähkömagneettinen" aalto.

Hiukkasten vs. aaltokeskustelu päättyy eräänlaisella aselepolla, jota säätelevät kvanttimekaniikka: valoa tuotetaan elektronien energiatason muutoksilla.Valo liikkuu aukon läpi aallona, mutta kun se kohtaa, se käyttäytyy kuin hiukkas.Se ei yksinkertaisesti sovi yhteen siististä pienistä kategorioistamme."Valo on todellakin erilainen kuin mitä tiedämme", kirjoittaa Sidney Perkowitz, Emory -yliopiston fyysikko ja Lighe Empire -kirjailija.Pysyvän epävarmuuden aikakausi alkoi vuonna 1900, kun Max Planckin lämmönsäteilykokeet viittasivat siihen, että valo pisti erillisissä paloissa - hän kutsui heitä - koneiden - koneiden - koneiden luodit.Tämä näytti olevan Maxwellin yhtälöiden vastainen, ja Planck oli haluttomana uskoa siihen.

Kirjoita Albert Einstein.On yleistä tietoa, että Einstein tuhosi mekaanisen, deterministisen Newtonin maailmankaikkeuden julistamisessa.Hän saavutti tämän teoreettisen läpimurron ajattelemalla ... kyllä, kevyt.Einstein "ajatteli kokeiluja", ja hän kysyi, mitä tapahtuisi, jos voisit ajaa valonsäteen ja katsoa viereistä sädettä.Eikö viereinen valonsäte näytä liikkumattomalta?Maxwellin yhtälöt eivät näyttäneet antavan valon hidastua tai pysähtyä liikkuessaan avaruuden läpi.Einsteinin vastaus - että Lightin nopeus on vakio kaikille tarkkailijoille heidän omasta nopeudestaan riippumatta - osoitti klassisen tilan ja ajan käsityksen.

Perustan Einsteinille perustettiin kuuluisa kokeilu vuonna 1887 amerikkalaiset tutkijat Albert Michelson ja Edward Morley.Ajan ortodoksian mukaan maa siirtyi kiinteän eetterin läpi, joka täytti tilan.Kukaan ei ollut koskaan havainnut tätä eetteriä, mutta terve järki vaati sen olemassaoloa.Michelson ja Morley päättivät havaita sen mittaamalla valon nopeus, kun valonsäteet kulkivat ja kohtisuorassa maan liikkeeseen.He odottivat valon osoittavan tämän eetterin "virran" vaikutukset, kun maa satutti pitkin.Se ei.Valon nopeus oli sama sen suunnasta riippumatta.Tutkijat, mukaan lukien Michelson ja Morley, olivat raivoissaan ja toivoivat, että tulokset olivat yksinkertaisesti vääriä.Einstein hyväksyi heidät.Eetteriä ei ole, hän sanoi.Avaruudessa ei ole absoluuttista sijaintia.Absoluuttista aikaa ei ole edes.

Tunnustan, että relatiivisuus saa pääni pyörimään.Ylivoiman veturin ajovalaisimen valonsäteen pitäisi liikkua nopeammin - järkevää järkeä - kuin palkki paikallaan olevasta taskulampusta.Se ei.Ja kukaan ei voi tehdä asialle.

Einsteinin suhteellisuusaste aiheuttaa kaikenlaisia pään naarmuuntumisvaikutuksia.Se paljastaa, että kun esineet lähestyvät valon nopeutta, aika hidastuu.Itse valon nopeudella aika pysähtyy.

Tämä tosiasia voi auttaa meitä ajattelemaan Starlightin ja Galaxylightin ja Quasarlightin tekemiä matkoja kosmisten etäisyyksien yli.Käytämme termiä valovuosi ilmaisemaan etäisyysyksikkö (noin kuusi biljoonaa mailia [9,7 biljoonaa kilometriä]).Mutta jos olisit itse valo - jos voisit olla fotoni - et kokenut aikaa.Tuo pitkä matka olisi hetkellinen.

Se, mitä kutsumme valoksi, on todella sama asia-eri aallonpituuksien sarjassa-säteilyssä, jota kutsumme radioaaltoiksi tai gammasäteiksi tai röntgensäteiksi.Mutta käytännössä tutkijat käyttävät usein termiä "valo" tarkoittamaan sähkömagneettisen spektrin osaa näkyvän valon läheisyydessä.Näkyvä valo on toisin kuin mikään muu maailmankaikkeuden peruselementti: se on suoraan, säännöllisesti ja dramaattisesti vuorovaikutuksessa aisteidemme kanssa.

Jokaisella silmissämme on noin 125 miljoonaa sauvaa ja kartiota - erikoistuneet solut niin herkkiä, että jotkut voivat havaita vain kourallisen fotoneja."Noin viidesosa aivoistasi ei tee muuta kuin yritä käsitellä ympärilläsi olevaa visuaalista maailmaa", Sidney Perkowitz sanoo.Silmien sijainti, joka on puolipistetty aivojen lähellä olevan kallon tapauksessa, on osoitus visuaalisen tiedon tärkeydestä.

Light tarjoaa korkearesoluutioista tietoa suurilla etäisyyksillä (et voi kuulla tai haistaa Jupiterin tai rapujen sumua).Niin paljon tietoa kuljettaa näkyvä valo, että melkein kaikella lennosta mustekalalle on tapa kaapata se - silmä, silmät tai jotain vastaavaa.

On syytä huomata, että silmämme on suunniteltu havaitsemaan sellainen valo, jota tietyn tähden - aurinko - säteilee runsaasti, joka antaa elämäämme planeetallemme.Näkyvä valo on voimakkaita juttuja, jotka liikkuvat suhteellisen lyhyillä aallonpituuksilla, mikä tekee siitä biologisesti kätevän.Jotta näemme pitkiä, venytetyt radioaallot, meillä oli oltava valtavia silmiä, kuten satelliittiastia.Ei vaivan arvoinen!Silmämme ei olisi myöskään järkevää havaita valoa lähellä infrapunaa (vaikka jotkut syvänmeren katkarapujen lähellä kuumia tuuletusaukkoja näkevät tällä tavalla).Olisimme jatkuvasti hajamielisiä, koska kaikki lämpöä säteilevät esineet hehkuuvat noissa aallonpituudessa."Jos näkisimme infrapuna", fyysikko Charles Townes kertoi minulle yhtenä päivänä, "kaikki tämä huone olisi hehkuva. Silmä itsessään on infrapuna - se on lämmin. Emme halua havaita kaikkia näitä juttuja."

Päiväaikana on myös pimeyttä.Varjoja on monenlaisia, enemmän kuin luultavasti huomaat - varmasti enemmän kuin tajusin, kunnes kuulin varjoasiantuntijaa.Löysin hänet pitkän ja käämittävän ajaa Topangan kanjonin läpi, vain rannikolla Santa Monicasta, Kalifornia.

David Lynch on tähtitieteilijä.Hän on myös luonteeltaan Color and Light -kirjan kirjoittaja, jossa löysin jotain varjoista, joita en ole koskaan ajatellut.Lynch huomauttaa, että varjo on täynnä taivaalta heijastua valoa - muuten se olisi täysin musta.Musta on tapa, jolla kuun varjot katsoivat Apollo -astronauteihin, koska kuussa ei ole ilmakehää eikä siten taivasta pomppia valoa kuun pinnan valaisemattomiin krannioihin.Vain Earthshinen heikko hehku täytti varjoisan syvennyksen.

Lynch on mies, joka näkee sateenkaaren katselemisen yksityiskohdat, jotka kiertävät useimpia ihmisiä.Hän tietää esimerkiksi, että kaikki sateenkaarit tulevat pareittain, ja hän etsii aina toista sateenkaarta - heikko, yhdensuuntainen sateenkaari, värit käänteisessä järjestyksessä.Väliaikainen alue on tummempi.Tällä alueella on nimi, etkö tiedä: Alexander's Dark Band.

Istuimme Lynchin kannella ja joimme appelsiinimehua, joka oli puristettu hedelmistä, jotka olivat juuri puiden takapihalla.Näkymä oli mahtava, kanjoni avautui kuin suuri altaan, vuoristoharjanne, joka hämärtää Tyynenmeren ja juoksi puoli tusinaa mailia (9,7 kilometriä) Santa Monicaan.

"Syynä siihen, että siellä olevat vuoret näyttävät hiukan sinisiltä", Lynch jatkoi, "on se, että täällä ja näiden vuorten välillä on taivas. Sitä kutsutaan lentovalaistukseksi."

Taivas on sininen, koska ilmassa sironta sininen valon molekyylit ovat helpommin kuin ne hajottavat punaisen, oranssin, keltaisen ja vihreän.Näemme kaukaiset vuoret sinisen taivaan massan kautta - siis Blue Ridge ja (runollisen lisenssin ansiosta) "Purple Mountain Majesteetti".

Las Vegas on lukuisia värejä - paikka, joka ottaa valoa vakavasti ja joka ei näytä pääsevän tarpeeksi siitä.Nauha on häikäisevämpi vuodessa.Kasinot eivät enää mainosta itseään pelkän neonvalaistujen tienvarsien telttailla, vaan ovat pikemminkin muuttaneet koko rakenteensa silmämunan popping-valaistuksen orgioiksi."Nyt koko rakennus on merkki", sanoo pitkäaikainen merkkikauppa Ken Moultray.

Koko MGM Grand Glows Emerald.Kuituoptiikka Pulssivalo stratosfäärin torniin.Rion koristavat pystysuorat neonraidat ovat näkyvissä kaukaisilta vuorilta.

Luxor Resort and Casino on pyramidi, ja se on käänteisesti melkein täysin tumma yöllä, massiivinen musta läsnäolo, jota dramaattisesti korostaa viereisen Mandalay Bay Resortin kultainen lasi.Sen sijaan, että pukeudut itseään lukemattomiin pieniin lamppuihin tai upottaen itsensä valonheittimiin, Luxor kohdistaa taivaspalkinsa - esittelee ollakseen planeetan kirkkain valo - suoraan avaruuteen.

Seurasin Luxorin ajelun ja nähtävyyksien teknistä johtajaa John Lichtsteineria, joka on kolme metallia tikkaita ylös Pyramidin huipun catwalkille nähdäksesi 39 ksenonilamppua, 7000 wattia, jotka luovat taivaspalkin.Kyltti varoittaa, että valot, jotka ovat noin pesukoneen koon, ovat "erittäin haihtuvia" ja voivat räjähtää, jos puristetaan tai törmää.

Lichtsteiner selitti, että ennen kuin tietokone kytkeytyy taivaspalkkiin joka ilta, Strobe Lights vilkkuu 30 sekunnin ajan."Emme halua yllättää mitään lentäjiä", hän sanoi.

Hän painasi painiketta digitaalikonsolissa valaisemaan yhtä lamppuista.Sen valo oli niin kirkas, että kun panin muistikirjan palkkiin, minun piti katsoa nopeasti pois.Kynäni aivohalvaukseni katosi, ja kaikki mitä näin, oli sokean valkoisen valon suorakulmio.

Nousimme lamppujen yläpuolelle pyramidin kärkeen.Vegas levisi mailia joka suuntaan.Päivän aikana paikka on melko pesty, värit tasoittuvat.Kimallus, kimalteleva, Vegasin melkein hallusinatiiviset värit yöllä hävitetään aavikon auringon valkoisessa valossa.

"Nyt on lamppu", sanoin nyökkääen kohti sitä luonnollista majakkaa taivaalla.

Myöhemmin menin katsomaan näyttelyä Bellagiossa.Teatteriin kävellen punainen verho kiemasi minua.Se näytti ... todella punaiselta.Se näytti myös raskaalta, samettiselta, kuin verho barokkiteatterissa.

Se, mitä en tiennyt vasta myöhemmin, oli se, kuinka paljon silmäni hämärsi taitava valaistus.Valaistussuunnittelija Luc Lafortune käyttää kahta erilaista valonsarjaa - kirkkaanpunainen, joka on suunnattu suoraan verhoon ja pehmeämpää punaisempaa, joka paistaa sivulta - luodakseen syvyyden ja raskauden tunteen kankaan.Verho on tosiasiallisesti valmistettu kevyestä kankaasta, jonka avulla lavaohjaaja voi vispilä koko asia sivuun salamassa.

Näyttelyn valaistusjohtaja Jeanette Farmer näytti minulle taustalla.Hän seuraa 2 000 tietokoneohjattua valoa ja 1 695 himmennin.Hän voi tehdä suuren osan työstään konsolissa - ei enemmän kiipeily tikkaat vaihtamaan suodattimia.Lamppujen pienet moottorit tekevät kaiken tämän.Hän ei enää käytä vain yhden geelisuodattimia valkoisten valojen yli keltaisen tai punaisen tai sinisen luomiseen.Huipputekninen lavavalaistus käyttää dikroisia suodattimia, lasipaloja mineraalipinnoitteilla.Ne tarjoavat puhtaamman, voimakkaamman valon - sellaisen, joka sai verhon näyttämään hohtavalta punaiselta samettilta.Vanhat geelisuodattimet päästivät paljon "melua", kun taas dichroics valitsevat erittäin kapean siivu spektristä.

Viljelijä antaa luottoa siellä, missä se erääntyy - Isaac Newtonille, kun huomaat, että valkoinen valo koostuu eri väreistä."Niin monella tapaa hän loi perustan meille kaikille", hän sanoi."Hän tiesi, mikä kauppa oli."

"Tämä on erittäin puhdas, suora säde."Charles Townes näytti minulle helium-neonilaseria laboratoriossaan Kalifornian yliopistossa Berkeleyssä.Hänellä on satoja lasereita, mukaan lukien jotkut, jotka saapuvat postitse lahjoina, uusista lasereista, jotka ovat pienempiä kuin matchboxes, vihreät laserit, jotka rauhoittavat silmään - kaikki 1950 -luvulla keksimänsä välineiden eri jälkeläiset.Hän ja hänen veljensä Arthur Schawlow kehittivät tekniikoita, jotka johtivat niin kutsuttuun "kevyeen monistumiseen stimuloidulla säteilyn päästöllä".(On selvää, että lyhenne olisi kaikille helpompi sanoa.)

Valo leviää normaalisti nopeasti kaikkiin suuntiin;Laser yhdistää valon kapeaan säteen.Avain tämän säteen tuottamiseen on perusatomiperiaate, jossa sanotaan, että fotonit - ja nyt olemme palanneet valoa hiukkasiksi - voivat absorboida tai lähettää atomeja.

Kun elektroni muuttuu korkean energian tai innostuneesta, valtio vähäenergiseen tilaan, sen atomi säteilee fotonia.Laser hyödyntää tätä prosessia.Se alkaa kristallilla tai muulla väliaineella, jonka atomit ovat alttiita jännitykseen.Nämä atomit surmataan valolla, aiheuttaen heidän elektroniensa pienen tanssin.Kun he rauhoittuvat, he vapauttavat ylimääräistä energiaa fotoneina.Nämä fotonit puolestaan yllyttävät enemmän elektronitanssia, joka luo enemmän fotoneja - ketjureaktiota.Sen fysiikka, ei taikuus, joka aiheuttaa enemmän valoa kuin meni.

Tietyt sanomalehdet julistivat laserin saapumisen uuden sotilaallisen kuolemansäteiden, Marsin sydämen sykkeen tappavien serkkujen uuden aikakauden alkaessa maailmojen sodassa.Mutta puoli vuosisataa sitten Townes ja Schawlow eivät olleet oikeasti varmoja siitä, mitä heidän keksinnöllään tai sen prototyypillä, Maserilla (joka käytti mikroaaltoja näkyvän valon sijasta).He vain tiesivät, että he olivat tajunneet hienon tavan saada valoa loistamaan vahvaksi ja suoraan.

"Ihmiset tapasivat minua," laserit ovat ratkaisu, joka etsii ongelmaa "," Townes sanoi.

Hän ajattelee sitä joka kerta, kun hän menee ruokakaupan kassalle, jossa valoa käytetään jokaisen tuotteen hinnan skannaamiseen.Laser lukee CD -levyn CD -soittimessaan.Tutkijat käyttivät laseria tarkkojen kiinteistölinjojen mittaamiseen Townesin New Hampshire -tilalla.Kun hän soittaa pitkän matkan puhelun, hänen sanansa välitetään laservalaisimella kuituoptista kaapelia pitkin.

On vaikea yliarvioida työkalun hyödyllisyyttä, joka saa valoa loistamaan suoraan.Maapallolta ampuneet lasersäteet ovat pomppineet Apollon astronautien kuuhun jättäneet peilit, jolloin tutkijat voivat mitata kuun etäisyyttä - yli 225 000 mailia (362 100 kilometriä) - puoleen tuumaa (1,3 senttimetriä).Laserleikkaus korjaa viallisen näkökyvyn yhä rutiininomaisemmassa toimenpiteessä.

"Kun ystävä tulee luokseni ja sanoo, että laserleikkaus pelasti hänen näkökyvyn, se on erittäin tunnepitoinen asia", Townes sanoo.

"Valo on yleinen koetin", sanoo fyysikko Michael Hart.Hän näytti minulle kansallisen synkrotronivalonlähteen ympärillä Uptonissa, New Yorkissa.1980 -luvun alkupuolella rakennettu se on koomisen monimutkaisuuden leviävä laite ja Hart sanoo, että "eniten käytetty valonlähde" maailmassa.

Synkrotroni käyttää magneetteja ohjaamaan elektroneja renkaan ympärillä, joka on suunnilleen koripallokentän kokoinen.Joka kerta kun elektroni kääntää nurkan niin sanotusti, se emittoi fotonin.Fotonit lentävät renkaasta, jota kutsutaan palkkilinjoihin.Kahdessa synkrotronirenkassa on 92 säteen viivaa, ja jokainen on räätälöity häikäisevällä joukkolla hullua tieteellistä vempaimia-dialeja, mittareita, venttiilejä, pumppuja, tyhjiökammioita, optisia antureita, johtoja, putkia ja paljon lyötyjä alumiinifoileita.Erilaisia säteen viivejä käyttävät yliopistojen, valtion laboratorioiden tutkijat ja paikat, kuten IBM, Bell Labs ja Exxon.

Mitä he tekevät valon kanssa?Enimmäkseen he katsovat asioita - kuten odotat.He tarkastelevat materiaalien epäpuhtauksia.He tarkastelevat öljyporajien avulla uutettujen kivien huokoisuutta. Kahdeksaa säteen viivaa käytetään tutkimaan proteiinien kolmiulotteista rakennetta pyrkiessään purkamaan joitain ihmiskehon salaisuuksia.

Jonkin aikaa yhtä palkkiviiveistä käytettiin lääketieteelliseen diagnostiseen menettelyyn, jota kutsutaan sepelvaltimoiden angiografiaksi.Tutkimuksissa oli yksi koukku: Kuka haluaisi istua jättiläisen sädepistoolin edessä, joka näyttää siltä, että se voisi polttaa reikän maan läpi?Tutkijat rakensivat tutkimushuoneen, jossa oli tyhjä seinä, ja vain pienen palkkalaitteen putoamisen pienet tunnet.

Tässä fotonit vaihtelevat infrapunasäteilystä röntgensäteisiin-hyvin näkyvän valon alueen yli.Hart ihmettelee, että niin paljon ihmishistoriaa havaitsimme luonnollisen maailman vain näkyvällä valolla, joka viipaloi sähkömagneettisen spektrin punaisesta violettiin.Valon hyödyntäminen näkyvän valtakunnan ulkopuolella on antanut tutkijoille mahdollisuuden luoda uusi joukko kuvia ympärillämme olevasta todellisuudesta."Voimme nähdä yhden kerroksen atomeja pinnalla", Hart sanoi.

Kuten kaikki muutkin, jonka kanssa puhuin, kuka käsittelee valoa, Hart näytti melkein pelottavan valon voimasta.Teknologia etenee jatkuvasti, jolloin insinöörit voivat luoda yhä kirkkaampia palkkeja.Yleinen sääntö, Hart sanoi, on, että kirkkaus on kasvanut satakertaisesti joka viides vuosi.

Televiestintäteollisuus rakastaa kevyttä.Kun vierailet Lucent Technologiesin Bell Labs Holmdelissa, New Jerseyssä, sinua tervehditään merkinnällä "Tervetuloa Photonin laaksoon".Tällä alalla on syntynyt jotain melkein kuin korkean teknologian valonkultti, joka on rakennettu uskomuksen ympärille, että ihmiset hyödyntävät yhä enemmän valonsäteessä löydettyä kaistanleveyttä.

Lucentin optisen verkottumisryhmän varapuheenjohtaja Kathy Szelag kertoi minulle: "Vanhempieni kaltaiset ihmiset ajattelevat, että olemme optisen verkottumisen Star Warspartissa. Olemme todella optisen verkottumisen raakaöljyosassa. Olemme juuri alussa."Hänen kollegansa Bob Windeler, optisen kuidun tutkija, lisäsi: "Tietojen määrä, jonka voit laittaa kuidulle enemmän kuin kaksinkertaistuu joka vuosi."Teoriassa yksi kuitu voisi joskus välittää jokaisen maan puhelun samanaikaisesti.

Optimismi on lieventänyt myöhässä yrityshäiriöitä teleyritysten keskuudessa, mutta tekniikka on edelleen vaikuttava.Otetaan esimerkiksi aallonpituuden jako -multipleksointi.Lasereita käytetään säteilemään erilaisia infrapunavalon aallonpituuksia yksi kuitu.Jokainen aallonpituus on oma datakanavansa - oma putki.Tällä hetkellä kuitu voi kuljettaa kymmeniä näitä kanavia, mutta siitä voi tulla tuhansia tai jopa miljoonia."Se on niin lähellä ihmettä kuin on", sanoo Lucentin optisen tutkimuksen varapuheenjohtaja Dave Bishop-lähtenyt hyvin kuin kaikki muut kevyet hulluja ihmisiä, joiden kanssa olen puhunut.

George Gilder, konservatiivinen poliittinen teoreetikko, joka muutti itsensä vaikutusvaltaiseksi teknologiaguruksi, on viime vuosina ilmoittanut, että Light on viestinnän vallankumouksen väline."Voit kuvitella pisteen, jossa jokaisella maailmassa voisi olla oma aallonpituus", Gilder sanoo."Sinulla olisi yksi aallonpituus, joka yhdisti sinut henkilöön, johon halusit puuttua Wienissä tai Tokiossa tai Tierra del Fuegossa, ja tämä aallonpituus voisi helposti mahtua kolmiulotteisia kuvia. Sinulla voi olla keskusteluja, joissa unohdat kirjaimellisesti sekunnissa, joita henkilö ei ole.

Hän lisää: "Uskon, että Jumala on tehnyt valon viestinnästä."Mitä ortodoksisuutta räjähtävää kosmista tietoa Starlight toimittaa kaukoputkiin?Saako pyörivä diskopallo koskaan tanssipohjan paluun?Ennen kaikkea sinun täytyy ihmetellä: ymmärrämmekö koskaan täysin valon?

Olemme viettäneet tuhansia vuosia jahtaamalla auringonsäteitä, ja vaikka emme koskaan aivan kiinni niistä, löydämme silti monia ihmeitä harjoittamisesta.Moderni fysiikka, jolla on paradoksit ja epävarmuustekijät, syntyi aineen ja valon vuorovaikutuksen tutkimuksesta.Moderni kosmologia, mukaan lukien upea ilmoitus, jota maailmankaikkeus laajenee, tuli heikon galaktisen valon tarkastelusta.Nykyaikainen tietokonetekniikka voi lopulta kääntyä kevyiksi, käsityölaitteiksi, joilla pii -sirujen sijasta on valonsäteitä ytimessä.

Tutkijoita on viime aikoina ollut otsikoita, jotka löytävät tapoja saada valoa nopeammin kuin valon nopeus.Tästä tieteiskirjailijat ja tietyt liian mielikuvitukselliset ihmiset ovat haaveilleet vuosikymmenien ajan.Jos voisit tehdä avaruusaluksen, jota Einsteinin nopeusrajoitus ei sidottu, voit vetoketjun maailmankaikkeuden ympärillä paljon helpommin.

New Jerseyn Princetonin NEC -tutkimuslaitoksen tutkija Lijun Wang onnistui luomaan valon pulssin, joka meni nopeammin kuin oletettu nopeusrajoitus."Loimme keinotekoisen väliaineen cesiumkaasua, jossa valon pulssin nopeus ylittää valon nopeuden tyhjössä", hän sanoi."Mutta tämä ei ole ristiriidassa Einsteinin kanssa."Vaikka valoa voidaan manipuloida menemään nopeammin kuin valo, aine ei voi.Tiedot eivät voi.Aikamatkaa ei ole mahdollisuutta.

Kysyin Wangista, miksi valo kulkee 186 282 mailia sekunnissa (299 792 kilometriä sekunnissa) eikä jonkin muun nopeuden.

"Se on juuri luonto", hän sanoi.

On tutkijoita, jotka eivät pidä "miksi" tällaisista kysymyksistä.Valon nopeus vain on se, mikä se on - se on heidän uskomuksensa.Se, liikkuu valoa eri nopeudella eri maailmankaikkeudessa, on jotain, joka on tällä hetkellä kokeellisen tieteen ulkopuolella.Se on jopa vähän poissa teoreetikoille.

On varmaa, että valo pysyy erittäin hyödyllisenä - teollisuudelle, tieteelle, taidetta ja päivittäistä, arkipäiväämme ja menoja.Valo läpäisee todellisuutemme kaikissa olemassaolon mittakaavassa.Se on uskomaton työkalu, kauneuden kantaja, elämän antaja.

En voi sanoa, että sillä on erittäin valoisa tulevaisuus.

Mitä National Geographic -lehdessä on tässä kuussa?Löydä uusia artikkeleita, karttoja, valokuvia ja muuta verkossa.