Свет — в физике (оптической) — электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом, с длиной волны 380-400 нм – 760-780 нм. Проще говоря, волны излучения, которые мы видим, будь то свет солнца, лампы, костра или флуоресцентных рыб. В более узком смысле под светом понимается любой вид электромагнитного оптического излучения, коротко- и длинноволнового, инфракрасного и ультрафиолетового. Свет — уникальная штука. Во-первых, скорость света в вакууме максимальна, предельна и постоянна, один из краеугольных камней общей теории относительности Эйнштейна и ее следствие. Во-вторых, свет (состоящий из фотонов) можно принимать как волну или как поток частиц, исходя из законов квантовой механики. Чрезвычайно интересно наблюдать за тем, как ученые исследуют свет, обнаруживают новые детали, связанные с уникальностью фотонов, и используют его в своих загадочных делишках. Мы следим.
Несмотря на то, что радуга похожа на реальный объект, висящий где-то вдали, все попытки приблизиться к ней будут обречены на провал – она будет удаляться от нас с той же скоростью, с которой мы приближаемся к ней. Поймать ее тоже не выйдет – в конечном итоге, радуга – это оптический объект, который не существует в определенной точке пространства. На самом деле радуга – это прекрасная иллюзия, поняв природу которой, можно многое узнать об окружающем мире и Вселенной. Так, древние цивилизации испытывали гораздо больше трудностей с понимаем природы света, чем с физическими объектами и даже рассматривали его как механизм зрения, приводящий к появлению таких странностей, как радуга. Древние греки, например, были уверены в том, что все вокруг состоит из четырех элементов, поэтому семь цветов радуги воспринимались ими как проявление божественной воли.
Один из самых странных и известных экспериментов в физике – двухщелевой эксперимент, лучше прочих иллюстрирует таинственную природу квантовой механики. Все потому, что свет, воспринимаемый нами как нечто обыденное, может вести себя и как частица и как волна одновременно, что удалось подтвердить экспериментальным путем в 2021 году. Однако первым на этот необычный феномен обратил внимание английский физик и математик Томас Юнг в 1801 году, когда заметил, что при сложении звуковых волн происходит ослабление и усиление звука. Предположив, что свет подобен звуку, Юнг решил провести эксперимент, в ходе которого направил пучок света на непрозрачный экран-ширму с двумя параллельными прорезями, позади которого был установлен еще один, проекционный экран. Ширина прорезей, при этом, была приблизительно равна длине волны излучаемого света. Результатом эксперимента стала интерференционная картина, которая демонстрирует, что фотон как будто проходит через обе щели одновременно. Недавно, однако, ситуация усложнилась – изменения, внесенные физиками в классический опыт Юнга, показали, что поведение фотонов меняется в зависимости от… времени.
Кто из нас в детстве не мечтал о шапке-невидимке? Или о волшебном плаще, надев который, вас не увидит ни одно живое существо на свете. Да, истории эти, кажется, стары как мир и абсолютно точно являются выдумкой. Но не спешите прощаться с шапкой-невидимкой: результаты нового исследования показали, что невидимость – никакая не выдумка и даже не научная фантастика. Скажем больше – еще в апреле исследователи разработали уникальную световую волну, которая при прохождении через объект делает объект невидимым для камер и даже человеческого глаза! Чтобы найти волшебную световую волну, команда направила свет на непрозрачный слой случайно расположенных наночастиц оксида цинка. Они рассчитали, как рассеивается свет порошком оксида цинка и как он рассеивался бы, если бы порошка там вообще не было. «Каждый из этих паттернов световых волн изменяется и отклоняется очень специфическим образом, когда вы посылаете его через неупорядоченную среду», – пояснил профессор Стефан Роттер из Института теоретической физики в официальном заявлении.
В 2017 году американские ученые разработали первое поколение растений, которые способны излучать свет. Для этого они обработали их листья люциферазой — именно это вещество позволяет светлячкам светиться в темноте. Растения могли излучать свет на протяжении нескольких часов, но уровень яркости был минимальным. Недавно ученые улучшили свой результат, показав публике новое поколение светящихся растений. Их листья были покрыты новым веществом, которое обеспечивает более яркое свечение на протяжении примерно одного часа. Растение можно «заряжать» под синим светодиодом — воздействие на листья на протяжении 10 секунд позволяет растениям светиться еще один час. Как видно, группа ученых не стоит на месте и в скором времени может показать миру альтернативный способ освещения жилых помещений. Вы только представьте: наши дети и внуки смогут читать книги под светом домашних растений! Звучит интригующе, поэтому давайте разберемся подробнее, как все это работает.
Иногда вещи, которые на первый взгляд кажутся невероятно простыми, на самом деле оказываются чуть ли не самыми сложными. Взять, к примеру, свет. Древние цивилизации испытывали больше трудностей в понимании его природы, чем в понимании вещества – чего-то, к чему можно прикоснуться. Сегодня мы знаем, что свет – это не только способ переноса энергии от Солнца к Земле, делающей жизнь на нашей планете возможной, но и невидимая сеть из фотонов, которая позволяет электромагнетизму работать на расстоянии. Интересно, что до конца XVII века существовало две противоположные теории света. Так, Ньютон считал, что свет состоит из крошечных частиц, которые он назвал корпускулами. Но другие ученые, включая современников английского физика, полагали, что свет состоит из волн, как рябь, движущаяся по поверхности воды. Многим позже шотландскому физику Джеймсу Клерку Максвеллу удалось объединить Ньютоновские корпускулы и волновую теорию света, создав теорию, в которой эти явления были хорошо собраны воедино.
«Мы живем на ничем не примечательной планете, которая вращается вокруг ничем не примечательной звезды. Но у нас есть шанс познать Вселенную», – так говорил один из величайших ученых нашего времени, британский физик-теоретик Стивен Хокинг. Прекрасные слова, правда? Вселенная и мир, который нас окружает, удивительны. Атомы, которые зародились в ядрах сверхновых звезд теперь составляют нас самих и все живое на Земле. Но наше понимание Вселенной, увы, мало назвать неполным – мы видим лишь малую ее часть с помощью наших лучших инструментов, а разгадать ее величайшие загадки по-прежнему не в силах. Но, результаты нового исследования, кажется, могут изменить ситуацию. Авторы научной работы полагают, что материя во Вселенной создается путем столкновения фотонов. Если достаточно сильно столкнуть два фотона, то можно создать материю: электрон-позитронную пару, преобразование света в массу в соответствии со специальной теорией относительности Эйнштейна. Это явление называется процессом Брейта-Уилера и впервые было изложено в 1934 году.
Исследователям из Венского технологического университета и Утрехтского университета удалось проникнуть в непрозрачный материал с помощью специальных световых волн, как будто этого материала вообще не существовало! Звучит почти как научная фантастика, но это реальность. С помощью специальных световых волн непрозрачные объекты могут стать прозрачными – по крайней мере, для этих световых волн. Свет обычно не может проникать через определенные материалы или только в ограниченной степени, потому что рассеивается, изменяется и отклоняется. Но международной команде исследователей удалось показать, что существует класс совершенно особых световых волн, для которых непрозрачных объектов словно нет в природе. Это означает, что для «любой конкретной неупорядоченной среды» – будь то кусочек сахара или стакан молока – могут быть созданы индивидуальные ослабленные (но не измененные) световые лучи.
Какие ассоциации вы испытываете, когда слышите слово «мираж»? Как правило, вам представляется усталый путник, который бредет по раскаленному песку и палящему Солнце в поисках воды. Несколько часов он умирает от жажды, но внезапно видит на горизонте оазис. Он бежит к нему, она становится все ближе и ближе. Так продолжается до тех пор, пока он не подпрыгивает в воздух, готовясь искупаться в пресной воде, но вновь приземляется на песок. Вы можете подумать, что путешественник галлюцинирует, но миражи – самая что на есть естественная оптическая иллюзия. В мультфильмах мираж часто рисуют как пышный оазис, что лежит в тени качающихся пальм, но скорее всего он выглядит как обычный бассейн с водой.
То, насколько хорошо человек соображает и в целом себя чувствует, во многом зависит от окружающих условий. Представьте себе, что вам ежедневно приходится работать в душном подвальном помещении с обычной лампой накаливания — сразу становится как-то не по себе, не так ли? Именно поэтому крупные компании вроде Google и Facebook пытаются обеспечить своим работникам чистые и хорошо освещенные офисы с большими окнами. В ходе многочисленных исследований, ученые выявили тесную взаимосвязь между уровнем естественного освещения в офисах и продуктивностью людей. Как показали результаты новой научной работы, проведенной учеными из американского штата Южная Каролина, естественный свет не только помогает быстро и качественно справляться с работой, но и значительно улучшает ночной сон. Но каким образом солнечное свечение так на нас влияет?
Космос, как это показала нам наука, намного загадочнее, чем мы могли себе представить. Даже звезды, которые мы видим каждую ночь совершенно не то, чем кажутся. Свет, время, пространство и гравитация создают реальность за гранью нашего понимания. И все же сегодня человеческая цивилизация достигла небывалых высот. Нам удалось пройти путь от древних племен охотников-собирателей до первых людей, вышедших в открытый космос. Это стало возможным благодаря большому количеству факторов и людям, которые жили в разные эпохи, но без которых вы вряд ли сейчас читали бы эту статью. Становление современного мира стало возможным благодаря разгаданным тайнам света, так как возраст и размер космоса запечатлены в нем. Все, что мы видим сегодня и все, что знаем о Вселенной стало возможным благодаря свету, который скрывает в себе намного больше тайн, чем кажется на первый взгляд.
Пациенты, проходящие курсы лучевой терапии, часто жалуются на странные вспышки света, возникающие перед глазами во время лечения даже тогда, когда их глаза закрыты. Как сообщает портал sciencealert.com, эта давняя загадка может быть решена благодаря тому, что странный эффект был впервые запечатлен на камеру. Исследователи считают, что происхождение вспышек может быть объяснено черенковской эмиссией — эффектом, который заставляет ядерные реакторы светиться тогда, когда они находятся под водой. Однако каким именно образом свечение возникает при лечении лучевой терапией?
Как известно, синий свет может препятствовать здоровому сну. Дисплеи телевизоров и других устройств, которые являются источником синего цвета, понижают уровень мелатонина, регулирующего внутренние часы организма. Поэтому ученые уже давно не рекомендуют работать перед сном за компьютером, планшетом или смартфоном (смотреть телевизор на ночь и засыпать под него — тоже не самая хорошая идея). По мнению исследователей, одна из главных проблем, которая негативно влияет на циркадные ритмы — суточные ритмы с периодом около 24 часов, кроется именно в синем свете. Однако новые сведения опровергают ранее высказанные утверждения.
В то время как мир становится все более цифровым, мы не всегда обращаем внимание на то, как изменилась наша повседневная жизнь. Между тем, все больше и больше людей сообщают о трудностях с засыпанием, не всегда отдавая себе отчет в том, что причина лежит прямо на их прикроватной тумбочке. Смартфоны настолько прочно вошли в нашу жизнь, что с ними становится все труднее расстаться. Однако помимо влияния синего света на биологические ритмы, он негативно сказывается и других аспектах здоровья. Так, новое исследование, посвященное голубому свету, излучаемому экранами телефонов и ноутбуков, предполагает, что свет может повредить клетки мозга и оказать влияние на продолжительности жизни. Синий свет — это длина волны в спектре света, видимого глазу и часто используемая при искусственном освещении. Ранее предыдущие исследования показали, что длительное воздействие синего света может вызвать нарушение сна и повреждение глаз.
Как утверждает портал sciencedaily.com, инженеры MIT смогли создать особый материал, который в 10 раз чернее, чем все то, что когда-либо было изготовлено ранее. Уникальный материал сделан из вертикально выровненных углеродных трубок, выращенных специалистами на предварительно вытравленной хлором алюминиевой фольге. Известно, что фольга способна захватывать более 99,96 процента любого направленного света, что делает ее самым черным материалом в истории науки.
Длительное воздействие синего света, исходящее из наших телефонов, компьютеров и многих других бытовых приборов, способно негативно повлиять на продолжительность жизни человека. Ученые предполагают, что синие волны, которые излучают светодиоды, повреждают клетки мозга и сетчатки глаза, даже в случае отсутствия прямого падения лучей света. Ученые провели ряд исследований на обыкновенной плодовой мушке, в результате которых выяснилось, что световые волны, выделяющиеся при горении светодиодов, ускоряют процесс старения.
Мы ежедневно пользуемся различными планшетами, телефонами, бытовой техникой, всевозможными приборами по уходу за собой и своим домом, но вместе с этим возрастает и количество потребляемой нами энергии. Учитывая, что наши потребности в этом полезном ресурсе с каждым днем увеличиваются, то можно сделать логичный вывод, что назревает новая энергетическая проблема. К счастью, ученые изучили проблему нехватки энергетических ресурсов и нашли, возможно, самый обильный и устойчивый источник возобновляемой энергии.
Ученые занимаются изучением влияния света на организм человека на протяжении многих лет. Освещение окружающего пространства действительно оказывает на человека огромное влияние — вы же наверняка замечали, что при недостаточном освещении вас начинает тянуть ко сну? Недавнее исследование швейцарских ученых показало, что интенсивность проникающего в комнату дневного света может повлиять даже на способность человека ощущать температуру. Например, находясь в хорошо освещенной, но холодной комнате, людям может казаться, что им тепло. Из-за этого открытия строители могут изменить конструкцию зданий — ведь зачем устанавливать мощные обогреватели, когда можно просто поставить большие окна?
Даже если вы очень далеки от химии, скорее всего, вы хотя бы раз в своей жизни могли услышать выражение «благородные газы». К ним относятся всем известные неон, криптон, аргон, ксенон, гелий и радон. Так почему же именно газы стали называться благородными? И в чем же именно заключается их благородство? Давайте попробуем разобраться вместе.
Одни ли мы во Вселенной? Этот вопрос не дает покоя исследователям всех времен и народов. Учеными не раз выдвигались различные теории по поводу того, каким же именно образом инопланетная жизнь может выдать свое наличие на той или иной экзопланете. Размышляя об этом, исследователи из Корнельского университета выдвинули свою, весьма оригинальную теорию.
Цветовая мимикрия является одним из важнейших механизмов, позволяющих выживать некоторым видам животных и насекомых. Ученые до сих пор не до конца знают, как работает этот механизм, и продолжают вести исследования в этом направлении. В рамках одного из них они попробовали узнать, как гусеницы определяют цвет, под который им надо мимикрировать. В результате исследования они пришли к очень неожиданному выводу, у которого, пожалуй, есть свое объяснение. Гусеницы не ожидали такого эксперимента, но заставили ученых задуматься над этим вопросом еще больше.