ساخت نخستین آیینه‌ی بدون نقص

کاربرد آیینه فقط به آرایش‌گاه‌ها و فروش‌گاه‌های لباس محدود نمی‌شود و از این وسیله به طور گسترده‌ای در ساخت تلسکوپ‌های آیینه‌ای تا لیزرهای قدرت‌مند و دست‌گاه‌های آب شیرین‌کن و‌… استفاده می‌شود. این وسیله کاربردهای فراوانی در صنعت، فن‌آوری و علم نجوم دارد. اما یکی از مشکلات اصلی محققان در ساخت این وسایل، استفاده از آیینه‌ای است که حداقل جذب را داشته و بتواند بیش‌ترین انعکاس را از خود داشته باشد. حال محققان موفق شده‌اند آیینه‌ای بسازند که تقریبا هیچ‌جذبی ندارد و از آن به آیینه‌ی «بدون نقص» یاد می‌کنند.

به تازگی فیزیک‌دان‌های دانشگاه MIT موفق به ساخت نخستین آیینه‌ی بی‌نقص جهان شده‌اند. به این ترتیب زمانی که نور‌- یا هر‌نوع دیگری از امواج شامل امواج صوتی یا حتی آب‌ـ به سطح این آیینه برخورد می‌کند، بدون هیچ‌اتلاف نیرویی آن را به‌طور کامل و بی‌نقص منعکس می‌کند. از این گذشته این خصوصیت موجب می‌شود هیچ ‌اعوجاجی در تصویر بازتابی آن روی ندهد.

اما کاربردهای علمی و فنی چنین آیینه‌ای کجاست؟ گرچه ممکن است استادان آرایش‌گر و جوانان خوش تیپ از شنیدن این خبر احساس وجد و خوش‌حالی خاصی کنند، اما کاربردهای علمی این وسیله را می‌توان در سامانه‌های جذب انرژی خورشیدی، ابزارهای لیزری، شبکه‌های فایبر نوری و دیگر فن‌آوری‌هایی که به‌طور مستقیم و غیرمستقیم با بازتاب نور در ارتباط‌اند، دانست. یکی از ابزارهای ملموس در این زمینه دست‌گاه‌های آب‌شیرین‌کن خورشیدی است.

در مجموع آیینه‌ها کاربرد ساده‌ای دارند، آن‌ها در مسیر جریان نور‌ـ صدا، آب و حتا امواج ـ قرار گرفته و آن را در جهتی دیگر منعکس می‌کنند. همان‌طور که می‌توان تصور کرد، این بازتاب‌ها تاکنون به این بی‌عیب و نقصی نبوده‌اند، گرچه با دقت در بسیاری از ابزارهای دقیق، این خطا با چشم غیرمسلح قابل تشخیص نیست، اما چنین نقصانی به هر حال وجود دارد. در چنین حالتی که دقت بازتاب کامل نیست، قدری از انرژی یا امواج مربوط جذب مواد سازنده‌ی آیینه می‌شود یا در جهات مختلف منعکس می‌شود.

گرچه برای کاربری‌های عادی نظیر آرایش و زیبایی یا امور معمول، این موضوع چندان حیاتی نیست،‌ ولی زمانی که درباره‌ی انعکاس پرتو‌ نور لیزر در طول کیبل نوری چند صد کیلومتری صحبت می‌کنیم، یا در ارتباط با نیروگاه‌های برق خورشیدی و سایر فن‌آوری‌های مشابه بحث می‌کنیم، این اختلافات جزئی بسیار اهمیت پیدا می‌کنند. به‌طوری که کوچک‌ترین میزان افت در بازتاب امواج یا نور می‌تواند تأثیر به‌سزایی بر کارایی نهایی سامانه داشته باشد.

جالب این‌جاست که دانش‌مندان دانشگاه MIT پس از مدت‌ها تحقیق و بررسی بالاخره به ‌طور کاملا تصادفی به این ماهیت پی بردند. زمانی که این گروه سرگرم بررسی واکنش‌های فیزیکی یک کریستال نوری بودند، متوجه شدند حفره‌هایی درست مانند خانه‌های خالی شبکه‌ای به هم تنیده روی سطح آن شکل گرفته است و بخش‌های خالی این شبکه میکروسکوپی آن‌چنان کوچک است که تنها باریکه‌ی بسیار نازکی از نور در آن محصور و محدود شده و در نهایت جذب می‌شود.

گرچه آزمایش‌ها نشان داد این کریستال در زوایای گوناگون نور را جذب خود می‌کند؛ اما خوش‌بختانه مشخص شد طول موج خاصی از نور سرخ در زاویه‌ی 35 درجه به ‌طور کامل از روی سطح آن منعکس شده و بدون هرگونه جذب یا کاهشی است. به این ترتیب تمام فوتون‌های نور سرخی که از منبع نوری متصاعد شده بودند، به ‌طور کامل و بدون نقص یا هرگونه کج‌شدن دوباره بازتاب شدند.

جالب است بدانید این نخستین‌باری نیست که دانش‌مندان به وجود چنین قابلیتی پی می‌برند. پیش‌تر جان ون ‌نیومن، یکی از پرآوازه‌ترین دانش‌مندان این حوزه‌ی علمی سال 1929 میلادی در نظریه‌ای به بررسی چنین پدیده‌ای پرداخته بود، گرچه هرگز این اتفاق در لابراتوارهای فیزیکی شبیه‌سازی نشده بود.

‌اکنون دانش‌مندان این دانشگاه سرگرم بررسی جوانب گوناگون و به‌کارگیری آن در ساخت لیزرهای قوی‌ و دقیق‌تر هستند. جالب این‌که هیچ‌محدودیتی برای کاربرد آن وجود ندارد و می‌توان آن را در آینده‌ی نه‌چندان دور در سامانه‌های تولید انرژی خورشیدی متمرکزتر مشاهده کرد. یا این ‌که چند‌سال بعد فایبرهای نوری ساخته خواهد شد که دارای سرعت و دقت چشم‌گیری خواهند بود.‌ تنها کافی است تصور کنید با چنین فایبرهای‌ نوری می‌توان سرعت دست‌رسی به اینترنت را تا چند‌برابر افزایش داد. به‌‌رغم تمامی این گستردگی کاربرد، دانش‌مندان هم‌چنان مشغول بررسی موشکافانه‌ی الگوی قرارگیری این شبکه هستند تا بتوانند نور را با خصوصیات تازه و متفاوتی منعکس کنند تا به بهترین حالت ممکن برسند.

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.