zázraky moderní optiky -- èerné díry, superanténa a ...zázraky moderní optiky – černé...
TRANSCRIPT
Zázraky moderní optiky – černé díry,superanténa a neviditelný plášť
Tomáš Tyc
Gymnázium Žďár nad Sázavou, 30. dubna 2009
Optická vlákna
Proč světlo zůstává v optickém vlákně?
?
. . . nastává tzv. úplný odraz!
3
Optická vlákna
Proč světlo zůstává v optickém vlákně?
. . . nastává tzv. úplný odraz!
3
Mikrostrukturovaná optická vlákna
4
Černá díra v optickém vlákně
V mikrostrukturovaných vláknech lze energii pulzu koncentrovat nanepatrnou plošku
Velice silné světelné pulzy ve vlákně se mohou ovlivňovat
Pulz B dohání velmi krátký pulz A poněkud jiné barvy
Jak se B blíží k A, je pulzem A zpomalen a nikdy jej nemůžepředhonit
Pro světlo B se tak vytvoří bariéra, kterou nemůže proniknout –podobně jako pro světlo, snažící se vymanit z gravitační černé díry
5
Černá díra v optickém vlákněPro gravitační černé díry předpovídá teorie „vypařováníÿ –Hawkingovo záření – proto černé díry nejsou úplně černé
Podobný efekt očekáváme v optickém vlákně, měly by se objevitfotony určitých vastností
Experiment na univerzitě v St Andrews ve Skotsku – velmi slibnévýsledky
6
Lom a ohyb světla
Index lomu n – poměr rychlosti světla ve vakuu a v daném prostředí
Čím větší je n, tím pomaleji se světlo šíří
Světlo na rozhraní dvou optických prostředí:
n = 1
n > 1
Světlo v prostředí, kde se index lomu mění postupně (spojitě):
silnice
8
Transformační optika
Základ všech dosavadních návrhů neviditelnosti
Světlo se šíří prázdným prostorem po přímkách l , pak prostorzdeformujeme
C
A B
A
B
Cf
l
f(l)
Fyzikální prostor je vyplněn vhodným optickým médiem (prostředím),světlo se šíří po křivkách f (l)
Světlo se může šířit v různých směrech různě rychle9
Metamateriály
Pro praktickou realizaci transformační optiky je potřebný materiál svelmi speciálními optickými vlastnostmi
Takových vlastností lze docílit jen pomocí materiálu velmi jemnoupravidelnou strukturou – tzv. metamateriál
Probíhá bouřlivý výzkum a vývoj těchto metamateriálů
10
11
11
11
11
Neviditelnost
Základní myšlenka – odchýlíme světelé paprsky tak, aby obešlypředmět a vrátily se do původního směru
Světlo nepřijde s předmětem vůbec do kontaktu
Tak se předmět stane neviditelným12
Neviditelnost a transformační optika
Problém – velice vysoká rychlost světla blízko červené kružnice
Zásadní problém – lze docílit jen pro jednu barvu světla!
13
Neviditelnost využívající zakřivený prostor
Náš návrh neviditelnosti využívá geometrii zakřiveného prostoru[U. Leonhardt a T. Tyc, Science 323, 110 (2009)]
14
Neviditelnost využívající zakřivený prostor
14
Neviditelnost využívající zakřivený prostor
14
Neviditelnost využívající zakřivený prostor
14
Trajektorie paprsků v trojrozměrném případě
15
Soustředění světla
Parabolické zrcadlo či čočka soustředí rovnoběžné paprsky do jednohobodu
Otázka:Bylo by možné soustředit paprsky z různých směrů do jednoho bodu?
Odpověď:ANO – pomocí super-antény!
17
Soustředění světla
Parabolické zrcadlo či čočka soustředí rovnoběžné paprsky do jednohobodu
Otázka:Bylo by možné soustředit paprsky z různých směrů do jednoho bodu?
Odpověď:ANO – pomocí super-antény!
17
18
20