نخستين تصوير از يك موج نور به دست
اگر قرار باشد از امواج نور تصويري تهيه شود، سرعت باز و بسته شدن دهانه دوربين چه اندازه بايد باشد؟ چه نوع دوربيني قادر به انجام چنين وظيفه‌اي خواهد بود؟ يك گروه از محققان در دانشگاه تكنولوژي وين به سرپرستي يك دانشمند - عكاس مجاري‌الاصل براي نخستين بار موفق شده‌اند، تصويري از يك موج نور تهيه كنند.
به گزارش بخش خبر شبكه فن آوري اطلاعات ايران، از ايرنا، نور، همواره منبع الهام براي انسانها بوده است. در همه فرهنگهاي ديني و عرفاني، نور به عنوان تمثيلي از يك وجود استعلايي و برتر تلقي مي‌شود.
در جهان علم نيز نور، منشا بسياري از اكتشافات ، ابداعات و اختراعات بوده است. به عنوان نمونه، نيوتن آزمايش مشهور خود را با كمك دو منشور براي تجزيه نور به انجام رساند، و اينشتين زماني به نظريه مشهور نسبيت خود راه پيدا كرد كه يك پرسش اساسي درباره ماهيت نور در ذهنش شكل گرفت.
اينشتين از خود سوال كرد اگر ناظري با سرعت نور به تعقيب يك رشته نور بپردازد، چه چيزي را مشاهده خواهد كرد؟ آيا چون سرعت ناظر با سرعت حركت خود نور يكسان است آنگاه نظير دو قطار كه با سرعت يكسان در كنار يكديگر در حركت باشند نسبت به هم بي‌حركت خواهند بود، ناظر نيز رشته نور را به شكل يك ريسمان پيچ و تاب خورده كه بي‌حركت در فضا امتداد يافته مشاهده خواهد كرد؟
"فرنك كرائوز" Ferenc Krauszوهمكارانش با تهيه نخستين تصوير از يك رشته نور كه در فضا امتداد يافته، براي آزمايش فكري اينشتين پاسخي عملي ارايه داده‌اند.
تصوير تهيه شده به وسيله اين گروه از پژوهشگران نخستين شاهد و بينه مستقيم در خصوص ماهيت نور به عنوان يك موج الكترومغناطيس است.
بحث درباره ماهيت نور تاريخچه‌اي طولاني دارد. در قرن هفدهم نيوتن نظريه ذره‌اي نور را پيشنهاد كرد كه بر اساس آن نور از ذرات كوچكي به وجود آمده بود كه با سرعت درفضا سر مي‌كردند.
نيوتن با كمك اين نظريه موفق شد شماري از پديدارهاي نوري را توضيح دهد. در سال " ۱۸۰۱تامس يانگ" با انجام يك آزمايش كه به "آزمايش دو شكاف" شهرت پيدا كرد و به يكي از مهمترين ابزارهاي عملي براي تحقيق در ساختار امواج بدل شد، نشان داد كه نور ساختماني موجي دارد و مي‌تواند نظير امواجي كه بر اثر برخورد يك تكه سنگ بر روي آب بوجود مي‌آيد، انواع پديدار هاي موجي نظير تداخل و پراش را از خود به نمايش بگذارد.
۶۰سال بعد "جيمز كلارك ماكسول" مدلي رياضي ارايه كرد كه ساختار موجي نور را به صورت محصول نوسان همزمان دو ميدان عمود برهم مغناطيسي و الكتريكي توضيح مي‌داد.
در اوايل قرن بيستم "نيلز بور" با ارايه "اصل مكمل" ، توضيح داد كه نور هم خصلت موجي از خود ظاهر مي‌سازد و هم خصلت ذره‌اي و بنابراين آنچه كه نيوتن و يانگ مطرح ساخته بودند هر دو درست بوده هر چند كه هر يك ناظر به يكي از دو جنبه شگفت‌انگيز نور بوده است.
اما عليرغم همه اين دانش نظري، تهيه تصويري واقعي از نور كاري نبود كه تحقق آن به آساني ميسر باشد. علت اين امر آن است كه تواتر نوسانات نور معادل يك نوسان در هر يك ميليونيم يك ميليارديم ثانيه ( يك نوسان در هر ۱۰۱۵ثانيه است) تهيه تصوير از پديداري كه با اين سرعت در حال نوسان است، نيازمند دوربيني است كه سرعت باز و بسته شدن دهانه آن بالاتر از اين حد باشد.
در غير اين صورت نظير تصاويري كه با دوربينهاي معمولي و با سرعت كم دهانه (شاتر) از اجسام سريع‌السير تهيه مي‌شود، آنچه كه ظاهر مي‌شود تنها يك تصوير محو و درهم و غير مشخص از يك شي امتداد يافته است.
به نوشته هفته نامه علمي نيو ساينتيست، كرائوز و همكارانش براي تهيه تصوير موج نور از ليزري استفاده كرده كه قادر به توليد پالسهاي پرتو ايكس با تواتر هزار برابر سريعتر از تواتر يا فركانس نور معمولي است.
يعني سرعت نوسان اين پالسها معادل يك پالس در ۱۰۱۸ثانيه يا يك آتو ثانيه است. اين محققان يك پرتو نور را به درون محفظه‌اي حاوي گاز نئون ارسال كردند. همراه اين پرتو نور پالسهاي اشعه ايكس در مقياس آتو ثانيه به درون محفظه ارسال شد. در پايان محفظه نيز يك دستگاه آشكارگر الكترون قرار داده شده بود.
اشعه ايكس الكترونهاي گاز نئون را از مدارهاي خود خارج مي‌كرد و آنها را به سمت آشكار ساز روانه مي‌ساخت اما ميدان الكتريكي پرتو نور بسته به موقعيت اين الكترونها، حركت آنها را كند يا تند مي‌كرد و در نتيجه اين امكان را به وجود مي‌آورد كه از نحوه عمل موج نور بر روي الكترونها، بتوان تصوير خود پرتو نور را بازسازي كرد.
به اين معني كه هر الكتروني كه به آشكارگر مي‌رسد، تصويري از تاثير لحظه‌اي نور را با خود حمل مي‌كند.
گروه محققان دانشگاه تكنولوژي وين براي دستيابي به تصوير واقعي موج نور، ناگزير بودند به سبك عكاسباشي‌هاي قديمي كه از سوژه مي‌خواستند تا مدت چند دقيق بي‌حركت باقي بماند تا بتوانند به اندازه كافي به صفحه حساس دوربينهاي ابتدايي خود نور برسانند، ناگزير بودند حدود يكساعت پالسهاي پرتو ايكس را به درون محفظه بتابانند تا بتوانند شش ميليون تصوير همانند از مواجهه نور با ذرات الكترون تهيه كنند.
تصوير نهايي دقيقا مشابه همان اشكالي بود كه دانشمندان بر اساس مشابهت نور با ديگر امواج، براي نور تهيه كرده بودند هرچند كه همه آن اشكال، نقاشيهايي خيالي و مبتني بر مماثلت و مشابهت بوده است.
كاري كه كرائوز و همكارانش كرده‌اند آن است كه موفق شده‌اند، نظير دونده خيالي اينشتين، پا به پاي موج نور بدوند و تصوير ثابت شده (فريز شده) آن را به دست آورند.
كرائوز و همكارانش اكنون شركتي را در وين تاسيس كرده‌اند كه دوربينهاي ليزري را به قيمت نيم ميليون دلار به علاقه مندان اعم از دانشمنداني كه قصد دارند از تحقيقات خود عكس تهيه كنند و نيز افراد آماتوري كه به جنبه‌هاي علمي طبيعت عشق مي‌ورزند، عرضه مي‌كنن
