Физиците са наблюдавали светлина, която тече като река и е красива

(Patsyk et al., Nature, 2020)

Представете си в ума си делтата на река - начина, по който главният канал се разделя на по-малки потоци и притоци. Нещо подобно се случва при вълните, когато се разпространяват през определен вид среда: пътят на вълната се разделя, разпадайки се на по-малки канали като клоните на дърво.

Това се нарича разклонен поток и се наблюдава при такива явления като поток от електрони (електрически ток), океански вълни и звукови вълни. Сега, за първи път, физиците го наблюдават във видима светлина - и всичко, което беше необходимо, беше лазер и сапунен мехур.

В зависимост от структурата на средата могат да се случат различни неща с вълните, преминаващи през нея; те могат да отслабнат, да се разпръснат, да се огънат, разпространят или да продължат да текат.

За разклонен поток са необходими няколко свойства. Структурата на средата трябва да е произволна, а пространствените вариации в структурата трябва да са по-големи от дължината на вълната на потока. Освен това трябва да варира плавно.

Ако всички тези условия са изпълнени, малки смущения и флуктуации в структурата могат да разпръснат потока, причинявайки неговото разделяне.

Вариации в дебелината на сапунената мембрана. (Patsyk et al., Nature, 2020)

Въпреки че това поведение е повсеместно при вълните, наблюдението му на светлина се оказа предизвикателство. Това е, докато екип от физици от Технион-Израелския технологичен институт в Израел и Университета на Централна Флорида не се сетиха да използват сапунен мехур като среда.

Сапунената мембрана се състои от много тънък филм от течност, поставен между два слоя молекули на повърхностно активното вещество. Дебелината на този филм варира значително, от около пет нанометра до няколко микрометра. Тези вариации на дебелината са какво създава цветни шарки в сапунени мехурчета… но те също, както се оказва, могат да действат като смущения, които отклоняват светлината в потока, причинявайки този поток да се разделя и разклонява.

Не е лесно да се направи обаче. Лазерната светлина трябва да свети между двата повърхностно активни слоя; това беше постигнато чрез вмъкване на влакно в мембраната за извит филм или чрез свързване на широк елиптичен лъч в плосък филм.

Чрез насочване на лазерен лъч към сапунен мехур, изследователите успяха да наблюдават начина, по който лъчът се разделя по повърхността на мембраната. И когато осветиха мембраната със слаба бяла светлина, те можеха да видят промените в дебелината - видими като цветови вариации - които разделяха лъча.

Обикновено въздушният поток около сапунена мембрана кара шарката да се движи, но ако мембраната може да бъде изолирана от въздушния поток, шарката може да остане стабилна за няколко минути. Така че екипът тества своя лазер както върху стабилни, така и върху подвижни сапунени мембрани.

Възможностите за това изследване са доста големи. Използването на мехурчето като среда има значение за оптофлуидиката, която е наука за взаимодействието на светлината с течности. Експерименталната настройка може да се използва, например, за да се проучи как оптични сили засягат разклонения поток.

И удебеляване на филма, отбелязват изследователите , може да позволи разклонен поток в три измерения - феномен, който е бил предполаган, но никога не е бил наблюдаван в никакъв контекст.

Може да се използва и за изследване на други физически явления, включително някои аспекти на обща теория на относителността .

„Тънките сапунени филми могат да бъдат оформени в различни извити повърхности, за да се изследва разклоненият поток в извито пространство,“ пишат изследователите в статията си .

„Такива експерименти с извито пространство са тясно свързани с общата теория на относителността.“

Плюс това, ако видеото може да бъде зациклено, това ще направи абсолютно страхотен скрийнсейвър.

Изследването е публикувано в Природата .

За Нас

Публикуването На Независими, Доказани Факти От Доклади За Здравето, Пространството, Природата, Технологиите И Околната Среда.