ساخت نخستین آینه بدون نقص

بتازگی فیزیکدان‌های دانشگاه MIT موفق به ساخت نخستین آینه بی‌نقص جهان شده‌اند. به این ترتیب زمانی که نور - یا هر نوع دیگری از امواج شامل امواج صوتی یا حتی آب ـ به سطح این آینه برخورد می‌کند، بدون هیچ اتلاف 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 آینه‌ای 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 فیبر نوری و دیگر فناوری‌هایی که به‌طور مستقیم و غیرمستقیم با بازتاب نور در ارتباط هستند، دانست. یکی از ابزارهای ملموس در این زمینه دستگاه‌های آب شیرین کن خورشیدی است.

در مجموع آینه‌ها کاربرد ساده‌ای دارند، آنها در مسیر جریان نور ـ صدا، آب و حتی امواج ـ قرار گرفته و آن را در جهتی دیگر منعکس می‌کنند. همان‌طور که می‌توان تصور کرد، این بازتاب‌ها تاکنون به این بی عیب 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 سازنده آینه 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 درباره انعکاس پرتوی نور لیزر در طول کابل نوری چند صد کیلومتری صحبت می‌کنیم، یا در ارتباط با نیروگاه‌های برق خورشیدی و سایر فناوری‌های مشابه بحث می‌کنیم، این اختلافات جزئی بسیار اهمیت پیدا می‌کنند. به‌طوری که کوچک‌ترین میزان افت در بازتاب امواج یا نور می‌تواند تأثیر بسزایی بر کارایی نهایی سامانه داشته باشد.

جالب اینجاست که دانشمندان دانشگاه MIT پس از مدت‌ها تحقیق و بررسی بالاخره به‌طور 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 باریکه 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 قرمز در زاویه 35 درجه به‌طور کامل از روی سطح آن منعکس شده و بدون هرگونه جذب یا کاهشی است. به این ترتیب تمام فوتون‌های نور قرمزی که از منبع نوری متصاعد شده بودند، به‌طور کامل و بدون نقص یا هرگونه اعوجاج دوباره بازتاب شدند.

جالب است بدانید این نخستین باری نیست که دانشمندان به وجود چنین قابلیتی پی می‌برند. پیشتر جان ون‌نیومن، یکی از پرآوازه‌ترین دانشمندان این حوزه 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 هیچ محدودیتی برای کاربرد آن وجود ندارد و می‌توان آن را در آینده نه‌چندان دور در سامانه‌های تولید انرژی خورشیدی متمرکزتر مشاهده کرد. یا این‌که چند سال بعد فیبرهای نوری ساخته خواهد شد که دارای سرعت و دقت چشمگیری خواهند بود. تنها کافی است تصور کنید با چنین فیبرهای نوری می‌توان سرعت دسترسی به اینترنت را تا چند برابر افزایش داد. به‌‌رغم تمامی این گستردگی کاربرد، دانشمندان همچنان مشغول بررسی موشکافانه الگوی قرارگیری این شبکه هستند تا بتوانند نور را با خصوصیات تازه و متفاوتی منعکس کنند تا به بهترین حالت ممکن برسند.

حسین ملک محمدی

منبع: extremetech