کوی دانش - kooy

کاهش سرعت نور درخلأ هنگام پیچش

کاهش سرعت نور درخلأ هنگام پیچش
09 فروردین
09:14 1395
سرعت نور در خلأ بعنوان یک ثابت جهانی در نظر گرفته می شود ولی بر طبق نظر دانشمندان دانشگاه اوتاوا این «ثابت» حقیقتاً یک «ثابت» نیست. یک تیم از محققان به سرپرستی استادیار ابراهیم کریمی کشف کردند که سرعت نورهایی که در خلأ منتشر شده و در یک مسیر پیچشی جابجا می شوند، کمتر از سرعتی است که در نظریه نسبیت انیشتین مطرح شده می باشد. این کشف مهم در محاسبات کوانتومی و ارتباطات کاربرد دارد. برای بررسی این موضوع با کوی دانش همراه شوید...

یکی از چالشهای همیشگیِ ارتباطاتِ از راه دور این بود که چگونه می توان در یک خط مخابره ای (خط انتقال) حجم بیشتری از اطلاعات را ارسال کرد. تصور کنید که هر «واحد انتقال اطلاعات» در اینترنت بجای انتقال یک بایت از اطلاعات بتواند یک فایل را جابجا کند. قطعاً زندگی شیرین تر می شد!! زمان زیادی از اختراع تلگراف نگذشته بود که کار بر روی ارسال حجم بیشتری از اطلاعات در یک واحد زمانی آغاز گشت. در طی این سالیان متمادی این روند پیشرفت خوبی هم داشته و استفاده از کابلهای کواکسیال، مجراهای ماکروویو، فیبر نوری و پرتوهای لیزر هرکدام نقشی در انتقال بیشتر محتوا در «واحد جابجایی» را برعهده داشته اند.
موضوع «نورِ خم شده» اساسِ شتاب زاویه مداریِ نور یا OAM است که اجازه می دهد یک پرتو از «یک رنگ خاص» یا «طول موج» درون یک شکل «فنر مانند» خم شده و حرکت کند که همین موضوع باعث افزایش ظرفیت انتقال اطلاعات می شود. این موضوع کاملاً امکانپذیر است زیرا بجای افزایش شمارگانِ فوتونهای ساطع شده (برای افزایش ظرفیت انتقال محتوا) اطلاعات بوسیله سوئیچ کردن بین دو واحد قطبی نوری جابجا می شوند. تصور کنید بجای اینکه یک واحد از اطلاعات توسط یک فوتون از ابتدای مسیر به انتهای آن حرکت کند توسط قطعات نوری دست به دست شود. هر پیچش در این «مسیرِ فنر مانند» توانایی دریافت و تحویل بسته های بزرگترِ اطلاعاتی را دارد و تعداد این پیچشها بصورت نظری نامحدود است که در نهایت باعث می شود اطلاعات بیشتری توسط نور کمتری جابجا شوند. تنها چالش موجود بر سر این موضوع تفاوت این پیچشها و تاثیر آن بر روی اطلاعات است. بصورتی که هر مرحله از مسیر، این پیچش، تاثیر متفاوت خود را بر روی دیتا می گذارد گویی که اطلاعات رمزگذاری می شوند! 


برخلاف رویه معمول در سیگنالهای لیزری که در آن از الگوهای on/off استفاده می شود، نورهای خمیده ظرفیت بسیار بالایی برای «ارتباطاتِ کوانتوم محور» و محاسبات دارند. دلیل آنهم نه صرفاً بخاطر قابلیت ذاتیشان در انتقال بیشتر دیتا بلکه برای انرژی مصرفی کمتر و امنیت رمزنگاری بالاتر می باشد. 
در این تحقیقات، محققان دانشگاه اوتاوا کشف کردند که نوری که در خلأ در فضایی پیچشی حرکت می کند دارای سرعت کمتری است. سرعت نور در خلأ معادل 299792458 متر بر ثانیه است اما سرعتِ نوری که در یک فضای پیچشی حرکت می کند یک دهم درصد کمتر است.
بر طبق اعلام تیم تحقیقاتی، آنها این تفاوت را هنگامی مشاهده کردند که نور لیزر را با نوری که در فضایی پیچشی (10 پیچ) حرکت می کرد، مقایسه نمودند. ابراهیم کریمی می گوید: «ما تشخیص دادیم که این دو پرتو نوری در زمانی متفاوت به انتهای مسیر رسیدند. نوری که در فضای پیچشی قرار داشت، آهسته تر حرکت می کرد. این موضوع کاملاً ما را شگفت زده کرد وقتی دیدیم که نور درون یک فضای پیچشی کمی کندتر حرکت می کند.»
این تاخیر البته بسیار کم بود. چیزی در حدود یک دهم فمتوثانیه. هر فمتو ثانیه معادل 10 بتوان 15- ثانیه است. بعبارت دیگر نسبت یک فمتوثانیه به ثانیه معادل نسبت ثانیه به 31.7 میلیون سال است. برای اندازه گیری این میزان تاخیر، تیم تحقیقاتی نیاز داشت تا از یک متد برای مطالعه پالسهای بسیار کوتاه لیزر استفاده کند. به این نوع لیزر، Frequency-Resolved Optical Gating ویا اختصاراً FROG می گویند.
راه معمولِ اندازه گیری یک رویداد نوری مثل پالس لیزر اینست که می بایست با یک پالس کمتر از خودش مقایسه شود، که در این مورد بدلیل نوع بسیار کوتاه لیزر کار بسیار مشکل بود. به هرحال، پالسهای لیزری که مورد مطالعه قرار گرفتند کمتر از هر نوعی بودند که پیش از این اندازه گیری شده بودند. محققان با استفاده از حجم بسیار بالایی از محاسبات ریاضی، با دو تکه کردن پالس لیزر و عبور دادن یک تکه از آن از بین یک رسانای نوری باعث شکل گرفتن یک auto-spectrogram شدند که به این تکه از پالس اجازه می دهد با سرعت تکه دوم مقایسه شود.
درنهایت تیم محققان توانستند تاخیری معادل 23 فمتوثانیه را ثبت کنند. بر طبق اعلام نظر ایشان، قابلیت کاهش سرعت نور بوسیله تغییر ساختار آن نشان می دهد که ممکن است امکان افزایش سرعت نور در حدود یک فمتوثانیه سریعتر از سرعت نور در خلأ وجود داشته باشد.
کریمی ادامه می دهد: «هر فردی که قصد دارد از نور پیچشی برای ارتباطات کوانتومی استفاده کند می بایست نسبت به تاثیرات آن آگاهی کامل داشته باشد. اگر ایشان این تاثیرات (رمزگذاریها) را نادیده بگیرند اطلاعات کد شده در این مسیر پیچشی، ممکن است بدرستی به مقصد نرسند.»
تحقیقات این تیم در Optica منتشر شده است.

کلمات کلیدی

اشتراک

درباره نویسنده

محمد نبی زاده

محمد نبی زاده

شما اولین نفری باشید که برای این خبر نظر میدهد
تصویر امنیتی



عبارت در تصویر را وارد کنید


مغز انسان برای حس کردن جهان پیرامونی از محاسبات بهره می گیرد

مغز انسان برای حس کردن جهان پیرامونی از محاسبات بهره می گیرد

شاید باور این موضوع برای افرادی که همیشه با ریاضیات مشکل داشتند سخت باشد که مغز انسان بدون اینکه خودِ فرد متوجه باشد بصورت دائمی مشغول انجام حجم گسترده ای از انواع محاسبات است و اتفاقاً اینکار را بسیار خوب هم انجام می دهد. شاهد این مدعا از دانشگاه پرینستون رسیده است. در یک مطالعه جدید محققان این دانشگاه نشان دادند که چگونه مغز ما انسانها، تمامی داده های بدست آمده از محیط اطراف را که توسط حواس مختلف جمع آوری شده است ترکیب می کند تا به یک ارزیابی نهایی از وضعیت برسد که به اخذ تصمیم ها و نوع رفتارهای ما منجر می شود. این موضوع به اینجا هم ختم نمی شود و اگر در طی این فرآیند داده های جدیدی وارد شوند، مغز انسان با انعطاف پذیری حیرت انگیزی آنها را در محاسبات خود وارد کرده و حتی نتیجه محاسبات را تغییر می دهد. برای بررسی بیشتر این موضوع با کوی دانش همراه باشید...

مطالعه متن کامل
کاربرد گرافن به عنوان میکسر فرکانس

کاربرد گرافن به عنوان میکسر فرکانس

یک پروفسور، یک محقق فوق دکترا و یک دانشجوی ارشد بر روی ترامپولین (تشک پرش) پریدند! جمله فوق یک مزاح نیست بلکه آغازی برای توضیح تحقیقات جدید بر روی ماده شگفت انگیز گرافن است. گروهی به سرپرستی روبرتو د آلبا، دانشجوی ارشد فیزیک و Jeevak Parpia پروفسور و رئیس دپارتمان فیزیک، مقاله ای در Nature Nanotechnology راجع به کاربردهای دیگر برای این ماده روان، بسیار قوی و بسیار سبک منتشر کرده اند. در این تحقیق قابلیت استفاده از «تنش گرافن» بعنوان نوعی واسطه بین حالت های ارتعاشی که اجازه انتقال مستقیم انرژی از یک فرکانس به فرکانس دیگر را می دهد، نمایش داده شده است. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
اولین شواهد از همنوع خواری نئاندرتال ها در شمال اروپا

اولین شواهد از همنوع خواری نئاندرتال ها در شمال اروپا

وجود آثار و بقایای نئاندرتال ها در مناطقی که در بالای عرض 50 درجه شمالی قرار داشته باشند بسیار کم است و تا کنون نیز فقط در دو نقطه این شواهد بدست آمده است. یکی در منطقه فلدهافر آلمان و دیگری در اسپای بلژیک. مطالعه جدیدی که توسط دکتر هلن راجیر با همکاری آسیر گومژ اولیوینسا از UPV/EHU انجام گرفت باعث کشف بیشترین تعدادِ بقایای کشف شده از نئاندرتال ها در مناطق شمالی اروپا شد. در این مجموعه 5 تایی، بقایای اسکلتی 4 نوجوان (بالغ) و یک کودک به چشم می خورد که در منطقه Troisième caverne در گویت بلژیک کشف شده اند.

مطالعه متن کامل
تعیین محدودیت های موجود برای ساخت شنل نامرئی

تعیین محدودیت های موجود برای ساخت شنل نامرئی

محققانی از دانشگاه تگزاس در آوستین توانستند محدودیتهای اساسی بر سر عملکرد «شنل نامرئی کننده» را تعیین کنند. این شنل یک فناوری است که اجازه نامرئی شدن ویا تشخیص داده نشدن را به جسمِ درونش در برابر امواج رادیویی، امواج مایکروویو، نور مادون قرمز و نور مرئی می دهد. نظریه محققان تاکید می کند که استفاده از شنل برای پنهان کردن شیء درونش در مقابل یک موج خاص قابل انجام است لیکن پنهان کردن آن در برابر یک محیط پرنور (چراغانی) با طول موجهای مختلف بسیار سخت تر می شود که در این حالت تغییر اندازه شیء باعث تغییر فاکتورها و مشکلات بیشتر هم خواهد شد. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
در هنگام انقراض دایناسورها، پستانداران نیز تقریباً محو شدند

در هنگام انقراض دایناسورها، پستانداران نیز تقریباً محو شدند

بیش از نود درصد از انواع گونه های پستانداران در دوره کرتاسه (66 میلیون سال پیش) توسط همان دلایلی که دایناسورها را ازبین برد، از بین رفتند. این میزان بسیار بیشتر از آن بود که پیش از این تصور می شد. مطالعه ای که توسط محققان مرکز میلنر در دانشگاه بَث انجام شد و در نشریه Evolutionary Biology نیز منتشر گردید، مطرح می کند که همه انواع شناخته شده پستانداران که در انتهای دوره کرتاسه در آمریکای شمالی می زیسته اند، از بین رفته اند. نتایج این مطالعه نشان می دهد که این میزان معادل 93 درصد از انواع موجود در این دوره بوده است. این مطالعه همچنین بیان می کند که این انقراض، بسیار سریعتر از آنچه تصور می شد انجام گرفته است. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
9 طرح درخشان برای خلاص کردن شهرها از آلودگی هوا

9 طرح درخشان برای خلاص کردن شهرها از آلودگی هوا

دوده صرفا آزاردهنده نیست بلکه کشنده هم هست. بنا به باور دانشمندان آلودگی هوا هر سال چهارصدهزار نفر را در سرتاسر جهان می کشد و تا کنون اصلی ترین علت زیست محیطی مرگ و میر شناخته شده است. شهرهایی که می خواهند با مسئله آلودگی هوا مبارزه کنند از طرح های خلاقانه خود بدین منظور رونمایی کرده اند و امیدوارند آینده پاک تر و سبزتری در پیش داشته باشند. خوشبختانه، دانشمندان و طراحان خوش ذوق نیز بر روی تدبیرهای بالقوه ای برای از میان بردن آلودگی کار می کنند و بسیاری از این طرح ها نیز به واقع اجرا شده اند تا آلودگی هوا را از میان ببرند. در این مطلب 6 مثال از عالی ترین طرح ها جهت پاکسازی هوا را از سرتاسر جهان معرفی می کنیم. با کوی دانش همراه باشید...

مطالعه متن کامل
آموزش آماده‌سازی کامپیوتر شخصی برای نصب ویندوز 10

آموزش آماده‌سازی کامپیوتر شخصی برای نصب ویندوز 10

ویندوز 10 در راه است و چه شما بتوانید ویندوز خود را بروزرسانی کرده یا آن را به طور رایگان دانلود کنید، در هر صورت شما و کامپیوتر رومیزی‌تان باید آماده باشید. آیا کامپیوتر شما دارای نیازمندی‌های مورد نیاز برای اجرای جدیدترین ویندوز است؟ شاید سخت افزار شما آماده باشد، ولی آیا نرم‌افزار و سفت افزارهای شما نیز آماده‌اند؟ این لیست حیاتی را برای برداشتن قدم‌های حیاتی در راه رسیدن به آماده‌سازی و بروزرسانی کامپیوتر خود بررسی کنید.

مطالعه متن کامل
پمپی  که با الهام از پرندگان ساخته شده است، با استفاده از دندانه هایش آب را به حرکت وا می دارد

پمپی که با الهام از پرندگان ساخته شده است، با استفاده از دندانه هایش آب را به حرکت وا می دارد

آب از میان شکاف های مابین دندانه های پمپ به چرخش در می آید. در بسیاری از پمپ ها، یا از پروانه چرخان استفاده می شود که آب را به درون پمپ کشیده و سپس با بهره گیری از نیروی گریز از مرکز آن را به بیرون "می راند" یا از روتور که با استفاده از نیروی جنبشی، مایع را در مسیر مدنظر به پیش می راند. اما دو تن از دانشمندان دانشگاه نیویورک بعد از بررسی نحوه استفاده از دینامیک های مایع توسط پرندگان به هنگام بال زدن، که هوا را به عقب رانده و پرنده را به جلو، موفق به ساخت پمپی شده اند که شیوه کاری مشابه و درعین حال متفاوتی دارد، زیرا در آن از دندانه بهره گیری شده است.

مطالعه متن کامل
برنامه روی گوشی همراه به ناشنوایان کمک می‌کند در سینما به صدای فیلم گوش دهند.

برنامه روی گوشی همراه به ناشنوایان کمک می‌کند در سینما به صدای فیلم گوش دهند.

برای افرادی با شنوایی ضعیف، دنبال کردن داستان فیلم یا نمایش بسیار سخت است، به خصوص اگر هیچ وسیله کمکی مثل سمعک نداشته باشند. به همین دلیل مهندسان موسسه آلمانی فرآوهوفر Frauhofer (که روی فناوری دیجیتالی رسانه کار می‌کند) سیستمی طراحی کرده اند که صدای فیلم را از صحنه یا پرده سینما به روی گوشی هوشمندی که به قطعه مخصوص مجهز است هدایت می‌کند.

مطالعه متن کامل
استفاده از بطری‌های تولید شده با الیاف نقره، زمان نگهداری شیر را خارج از یخچال بیشتر می کند.

استفاده از بطری‌های تولید شده با الیاف نقره، زمان نگهداری شیر را خارج از یخچال بیشتر می کند.

از این پس فاصله زمانی خرید شیر برای مصرف کنندگان بیشتر می‌شود.کمپانی برزیلی آگریندوس یک بطری شیر پلاستیکی با پوشش داخلی حاوی ذرات نانو ساخته است که می‌تواند باکتری‌ها را بکشد. طبق آزمایشات انجام شده شیر کامل پاستوریزه درجه A در بطری‌های فعلی 7 روز، ولی در بطری نانو تا 15 روز سالم می‌ماند.

مطالعه متن کامل