นักวิทยาศาสตร์ใช้เลเซอร์ทำ ‘วงแหวนควัน’ ของแสง

วงแหวนควันกำลังถูกมองเห็นในมุมมองใหม่ ในกรณีนี้ เป็นพื้นที่ปลอดบุหรี่จริงๆ

โครงสร้างเป็นตัวอย่างของวงแหวนน้ำวน เหล่านี้เป็นเกลียวรูปโดนัทซึ่งบางครั้งไหลผ่านของเหลวและก๊าซ ภูเขาไฟที่ปะทุสามารถพ่นควันเป็นวงแหวนขึ้นไปในอากาศ ปืนใหญ่อากาศสามารถเป่าวงแหวนควันได้เช่นกัน ในทำนองเดียวกัน โลมาสามารถเป่าฟองสบู่ผ่านน้ำได้ ตอนนี้ นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างวงแหวนประเภทนี้ได้ด้วยแสง

โดยปกติ กระแสน้ำวนคือการหมุนวนในของเหลวหรือก๊าซ พายุทอร์นาโดเป็นตัวอย่างหนึ่ง อ่างน้ำวนก็เช่นกัน

ในการสร้างวงแหวนน้ำวน ให้จินตนาการว่ากำลังขยายอ่างน้ำวน นั่นจะทำให้ท่อหมุนวนยาวและบาง ทีนี้ ให้รูปภาพดัดเป็นวงกลม จากนั้นแนบวงกลมแบบ end-to-end ตอนนี้คุณมีวงแหวนน้ำวนแล้ว วงแหวนเหล่านี้เคลื่อนที่ผ่านของเหลวหรือก๊าซขณะที่มันหมุนวน

ในวงแหวนกระแสน้ำวนใหม่ แสงก็ทำหน้าที่เช่นเดียวกัน การไหลของพลังงานของแสงหมุนวน มันใช้รูปแบบเดียวกับควันในวงแหวนควัน นักวิจัยได้แบ่งปันการค้นพบของพวกเขาในวันที่ 2 มิถุนายนใน Nature Photonics

นักวิจัยด้านทัศนศาสตร์ Qiwen Zhan เป็นผู้นำการศึกษา เขาทำงานในประเทศจีนที่มหาวิทยาลัยเซี่ยงไฮ้เพื่อวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กลุ่มของเขาเริ่มต้นด้วยหลอดน้ำวน นั่นเป็นโครงสร้างที่เหมือนพายุเฮอริเคน พวกเขารู้วิธีสร้างมันโดยใช้เลเซอร์อยู่แล้ว ทีมงานฉายแสงผ่านอุปกรณ์พิเศษเพื่อดัดท่อให้เป็นวงกลม ที่ทำให้แหวนน้ำวน

วงแหวนไฟไม่ได้แตกต่างจากวงแหวนควันหรือฟองสบู่มากนัก Zhan กล่าว “แบบนั้นก็เจ๋ง” เขาสงสัยว่านักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างวงแหวนน้ำวนจากสิ่งอื่นได้หรือไม่ ตัวอย่างเช่น บางทีพวกมันอาจสร้างวงแหวนกระแสน้ำวนจากสนามแม่เหล็ก

วงแหวนดังกล่าวสามารถอธิบายได้ด้วยสาขาวิชาคณิตศาสตร์ที่เรียกว่าโทโพโลยี นั่นคือการศึกษาโดนัท นอต และรูปทรงที่คล้ายกัน การศึกษาวงแหวนแสงอาจเผยให้เห็นว่าโทโพโลยีส่งผลต่อแสงอย่างไรและแสงมีปฏิสัมพันธ์กับสสารอย่างไร

ทำความเข้าใจแสงและพลังงานรูปแบบอื่นๆ ขณะเคลื่อนที่

แสงเป็นพลังงานรูปแบบหนึ่งที่เคลื่อนที่เป็นคลื่น ความยาวหรือความยาวคลื่นของพวกมันกำหนดคุณสมบัติหลายอย่างของแสง ตัวอย่างเช่น ความยาวคลื่นแสดงถึงสีของแสงและปฏิกิริยาต่อสสารอย่างไร ช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่สั้นมากไปจนถึงยาวมากเรียกว่าสเปกตรัมแสง ไม่ว่าคลื่นจะมีความยาวคลื่นเท่าใด แสงจะเปล่งออกมาอย่างไม่สิ้นสุด เว้นแต่หรือจนกว่าจะหยุดนิ่ง ดังนั้นแสงจึงเรียกว่าการแผ่รังสี

ชื่อทางการของแสงคือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า แสงทั้งหมดแบ่งปันคุณสมบัติสามประการ มันสามารถเดินทางผ่านสุญญากาศ มันเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่เสมอ หรือที่เรียกว่าความเร็วแสง ซึ่งเท่ากับ 300,000,000 เมตร (186,000 ไมล์) ต่อวินาทีในสุญญากาศ และความยาวคลื่นเป็นตัวกำหนดประเภทหรือสีของแสง

เพียงเพื่อทำให้สิ่งต่างๆ น่าสนใจ แสงก็สามารถทำหน้าที่เป็นโฟตอนหรืออนุภาคได้ เมื่อมองด้วยวิธีนี้ สามารถนับปริมาณแสงได้ เหมือนกับลูกปัดบนเชือก

มนุษย์ได้พัฒนาเพื่อรับรู้ส่วนเล็กๆ ของสเปกตรัมแสง เราทราบความยาวคลื่นเหล่านี้เป็นแสงที่ “มองเห็นได้” ดวงตาของเราประกอบด้วยเซลล์ที่เรียกว่าแท่งและโคน เม็ดสีในเซลล์เหล่านั้นสามารถโต้ตอบกับความยาวคลื่น (หรือโฟตอน) ของแสงได้ เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น พวกมันจะสร้างสัญญาณที่เดินทางไปยังสมอง สมองตีความสัญญาณจากความยาวคลื่น (หรือโฟตอน) ที่แตกต่างกันเป็นสีที่ต่างกัน

ความยาวคลื่นที่ยาวที่สุดที่มองเห็นได้คือประมาณ 700 นาโนเมตรและปรากฏเป็นสีแดง ช่วงของแสงที่มองเห็นได้สิ้นสุดประมาณ 400 นาโนเมตร ความยาวคลื่นเหล่านั้นปรากฏเป็นสีม่วง รุ้งทั้งสีตกอยู่ระหว่าง

อย่างไรก็ตามสเปกตรัมแสงส่วนใหญ่อยู่นอกช่วงนั้น ผึ้ง สุนัข และแม้แต่คนไม่กี่คนก็สามารถเห็นแสงอัลตราไวโอเลต (UV) ได้ ความยาวคลื่นเหล่านี้สั้นกว่าคลื่นสีม่วงเล็กน้อย แม้แต่พวกเราที่ไม่มีการมองเห็นด้วยรังสียูวีก็ยังสามารถตอบสนองต่อแสงยูวีได้ ผิวของเราจะแดงหรือไหม้เมื่อเจอมากเกินไป

หลายอย่างปล่อยความร้อนออกมาในรูปของแสงอินฟราเรด ตามชื่อที่แนะนำ ความยาวคลื่นอินฟราเรดค่อนข้างยาวกว่าสีแดงเล็กน้อย ยุงและงูเหลือมสามารถเห็นได้ในช่วงนี้ แว่นตามองกลางคืนทำงานโดยการตรวจจับแสงอินฟราเรด

แสงยังมาในรูปแบบอื่นๆ อีกมากมาย แสงที่มีคลื่นพลังงานสูงสั้นมากอาจเป็นรังสีแกมมาและรังสีเอกซ์ (ใช้ในทางการแพทย์) คลื่นแสงพลังงานต่ำที่ยาวและตกลงมาในส่วนวิทยุและไมโครเวฟของสเปกตรัม

Desiré Whitmore เป็นนักการศึกษาฟิสิกส์ที่ Exploratorium ในซานฟรานซิสโก รัฐแคลิฟอร์เนีย เธอกล่าวว่าการสอนผู้คนเกี่ยวกับแสงเนื่องจากการแผ่รังสีอาจเป็นเรื่องยาก “ผู้คนต่างกลัวคำว่า ‘การแผ่รังสี’ แต่ความหมายก็คือมีบางสิ่งเคลื่อนออกไปด้านนอก”

ดวงอาทิตย์ปล่อยรังสีออกมาเป็นจำนวนมากในช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่รังสีเอกซ์ไปจนถึงอินฟราเรด แสงแดดให้พลังงานเกือบทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับชีวิตบนโลก วัตถุขนาดเล็กและเย็นจะปล่อยรังสีน้อยกว่ามาก แต่วัตถุทุกชิ้นส่งเสียงบางอย่างออกมา ซึ่งรวมถึงผู้คนด้วย เราให้แสงอินฟราเรดจำนวนเล็กน้อยซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าความร้อน

Whitmore ชี้ไปที่โทรศัพท์มือถือของเธอว่าเป็นแหล่งกำเนิดแสงหลายประเภท สมาร์ทโฟนใช้ความยาวคลื่นที่มองเห็นได้เพื่อทำให้หน้าจอสว่างขึ้น โทรศัพท์ของคุณพูดคุยกับโทรศัพท์เครื่องอื่นผ่านคลื่นวิทยุ และกล้องมีความสามารถในการตรวจจับแสงอินฟราเรดที่ดวงตามนุษย์มองไม่เห็น ด้วยแอปที่เหมาะสม โทรศัพท์จะเปลี่ยนแสงอินฟราเรดนี้เป็นแสงที่มองเห็นได้ที่เราสามารถมองเห็นได้บนหน้าจอโทรศัพท์

“มันสนุกที่จะลองใช้กล้องหน้าของโทรศัพท์มือถือของคุณ” Whitmore กล่าว ใช้รีโมทคอนโทรลสำหรับโทรทัศน์หรืออุปกรณ์อื่นๆ เธอตั้งข้อสังเกตว่าแสงของมันคืออินฟราเรด “ดังนั้นเราจึงมองไม่เห็น แต่เมื่อคุณชี้ตัวควบคุมไปที่กล้องของโทรศัพท์แล้วกดปุ่ม “คุณจะเห็นแสงสีชมพูสดใสปรากฏขึ้นบนหน้าจอ!”

Whitmore กล่าวว่า “การแผ่รังสีประเภทต่างๆ เหล่านี้ช่วยให้ชีวิตเราดีขึ้น “แสดงให้เห็นว่าปลอดภัยเมื่อใช้ในปริมาณที่เหมาะสม” เธอตั้งข้อสังเกต – แต่อาจเป็น “อันตรายเมื่อคุณใช้มากเกินไป”

สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่ otvorenidirektorijum.com