Phillip Hopkins
0 
4088
1135
Spiegeltje, spiegel aan de muur, hoe vermengen licht en materie zich toch?
Wetenschappers weten al een tijdje dat licht momentum heeft en kracht uitoefent op alles wat het raakt. Maar omdat dit momentum zo klein is, hebben experimenten niet precies kunnen waarnemen hoe het de materie beïnvloedt.
Op zoek naar antwoorden wendde een internationale groep onderzoekers zich in een nieuwe studie tot spiegels. "De spiegel vertelt altijd de waarheid", schreef Tomaž Požar, de hoofdauteur van de studie en assistent-professor in de afdeling werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Ljubljana in Slovenië in de speelse analogie die verwijst naar "Sneeuwwitje en de zeven dwergen" dat hij gemaakt en verzonden naar. [Wat is dat? Uw vragen over natuurkunde beantwoord]
Hoewel Požar en zijn team geen gesprek voerden met de spiegel, luisterden ze wel aandachtig naar hoe de spiegel reageerde als hij werd geraakt met een lichtstraal. Ze bevestigden akoestische sensoren, die op dezelfde manier werken als een medische echografie, aan een spiegel met een hitteschild. (Verwarming kan elastische golven creëren die het signaal dat ze probeerden te bestuderen, zouden belemmeren: de elastische golven die door momentum worden gecreëerd.)
Vervolgens schoten de onderzoekers laserstralen in de spiegel en gebruikten ze de akoestische sensoren om te luisteren naar de golven die werden gecreëerd toen het licht het oppervlak raakte. "Het is als een hamerslag gemaakt door licht," vertelde Požar .
Deze minuscule golven veroorzaakten "geluiden" of minuscule bewegingen tussen de atomen van de spiegel. De kleinste verplaatsing die ze vonden was ongeveer 40 femtometers, wat ongeveer vier keer zo groot is als de kern van een atoom, zei Požar..
Vóór dit experiment konden wetenschappers alleen meten hoe licht het momentum zou overbrengen naar een object als geheel, zei Požar. Maar door deze nieuwe methode konden ze zien hoe deze kracht door het materiaal wordt verdeeld. En hoewel eerder onderzoek voorspelde dat licht materie beweegt door momentum in verschillende elastische golven te deponeren, is er nu experimenteel bewijs dat dit het geval is, zei Požar.
Momenteel hebben wetenschappers een handvol ideeën over hoe momentum wordt overgedragen van licht naar materiaal, zei Požar.
De Schotse natuurkundige James Clerk Maxwell was de eerste die in 1873 voorstelde dat licht momentum draagt in zijn elektromagnetische velden. Zijn vergelijkingen vormen samen met enkele andere de basis van elektromagnetisme. "Iedereen is het eens met Maxwells vergelijkingen van elektromagnetisme" en de wetten die zeggen dat momentum en energie behouden blijven, zei Požar. Maar verschillende wetenschappers hebben hun eigen opvattingen over hoe de lichtkracht door materie wordt verdeeld.
Een beroemd voorbeeld is de zogenaamde Abraham-Minkowski-controverse, een argument tussen de Duitse natuurkundige Max Abraham en de Duitse wiskundige Hermann Minkowski. Abraham suggereerde dat het momentum van een foton omgekeerd evenredig zou moeten zijn met de 'brekingsindex', een getal dat beschrijft hoe licht door een materiaal reist, terwijl Minkowski suggereerde dat het direct gerelateerd zou moeten zijn..
Hoewel de nieuwe studie nog niet heeft vastgesteld welke, eventuele hypothese, correct was, hopen de onderzoekers deze experimentele procedure in vloeistoffen en andere materialen te verfijnen en te gebruiken om er uiteindelijk achter te komen..
Požar vervolgt in zijn analogie: is het Sneeuwwitje of de boze koningin? 'Is het het door Abraham voorgestelde formulisme? Misschien het door Minkowski voorgestelde formulisme? Of is het dat van Einstein ... Of van een nog anonieme wetenschapper wiens naam [ooit] in alle leerboeken zal verschijnen?'
Al in 1619 suggereerde de Duitse astronoom en wiskundige Johannes Kepler dat de staart van een komeet altijd van de zon af leek te wijzen omdat het zonlicht er druk op uitoefende..
Het begrijpen van de fysica achter het lichtmomentum zou Kepler waarschijnlijk enthousiast hebben gemaakt, maar het zou ook enkele praktische toepassingen hebben. Optische pincetten kunnen bijvoorbeeld worden geoptimaliseerd om zo min mogelijk kracht uit te oefenen op de kleine, organische voorwerpen die ze hanteren. Of er kunnen grote zonnezeilen worden gemaakt om op zonne-energie door de melkweg te zeilen.
De onderzoekers rapporteerden hun bevindingen op 21 augustus in het tijdschrift Nature Communications.
Oorspronkelijk gepubliceerd op .