Είναι ορατές οι ακτίνες λέιζερ όπως στις ταινίες;

Οι ακτίνες λέιζερ είναι συγκεντρωμένο φως που χρησιμοποιείται με πολλούς διαφορετικούς τρόπους. Στις ταινίες, χρησιμοποιούνται για συναρπαστικές κυνομαχίες, αλλά στην πραγματική ζωή χρησιμοποιούνται για πράγματα όπως η χειρουργική επέμβαση και οι τηλεπικοινωνίες. Ο τρόπος για να δείτε μια ακτίνα λέιζερ είναι εάν διασκορπίζεται από σωματίδια στον αέρα. Το μήκος κύματος και η ένταση της δέσμης, καθώς και η ποσότητα των σωματιδίων στον αέρα, επηρεάζουν το αν κάποιος μπορεί να δει τη δέσμη ή όχι.

Όλοι έχουμε δει αρκετές ταινίες επιστημονικής φαντασίας όλα αυτά τα χρόνια για να δούμε μερικές βασικές ομοιότητες – τεράστια φουτουριστικά πλοία, εξωγήινα είδη και, φυσικά, αρκετές πυροβολισμοί με ακτίνες λέιζερ για να διασχίσουμε τον γαλαξία. Προφανώς, αυτό το απίστευτο οπτικό εργαλείο κάνει αυτές τις διαπλανητικές κυνομαχίες ακόμη πιο συναρπαστικές, με τις εκρήξεις πράσινου, μπλε και κόκκινου χρώματος.

Ωστόσο, αυτές οι σκηνές εγείρουν ένα πολύ σημαντικό ερώτημα… είναι πραγματικά αυτό που μοιάζει με μια ακτίνα λέιζερ; Το πιο σημαντικό, μπορούμε να τα δούμε στην πραγματική ζωή, όπως ακριβώς κάνουμε στις ταινίες;

Πριν ξεσυσκευάσουμε αυτήν την αρκετά φορτωμένη ερώτηση, θα πρέπει να εξηγήσουμε τι είναι στην πραγματικότητα μια δέσμη λέιζερ…

Η επιστήμη μιας δέσμης λέιζερ

Στον πιο βασικό ορισμό της, μια δέσμη λέιζερ είναι ένα συγκεντρωμένο ρεύμα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, αλλά μπορεί να εμφανιστεί σε μια ποικιλία διαφορετικών μορφών. Αυτή η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μπορεί να έχει τη μορφή ακτίνων Χ, ορατού φωτός, υπεριώδους ή υπέρυθρου φωτός – βασικά οι μορφές ακτινοβολίας που είναι σχετικά ασφαλείς για χειρισμό και έκθεση σε αυτές.

Τώρα, για να δημιουργήσετε μια δέσμη λέιζερ, πρέπει να ενεργοποιήσετε μια ομάδα ατόμων, γεγονός που τα αναγκάζει να ανυψωθούν σε μια διεγερμένη κατάσταση. Σε αυτό το σημείο, τα διεγερμένα άτομα θα εκπέμψουν φωτόνια και αυτό το «φως» θα κινηθεί προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Αυτό το πρώτο φωτόνιο θα βοηθήσει στη διέγερση άλλων σωματιδίων, προκαλώντας μεγαλύτερη απελευθέρωση, και αυτά τα φωτόνια θα κινηθούν επίσης προς την ίδια κατεύθυνση, δημιουργώντας έναν καταρράκτη. Τώρα, από μια κανονική πηγή φωτός, αυτά τα φωτόνια θα διασκορπίζονταν γρήγορα και θα διαχέονταν, όπως όταν γυρίζετε έναν διακόπτη φωτός. το φως απλώνεται εξίσου στον φωτισμένο χώρο.

Όταν προσπαθείτε να δημιουργήσετε μια δέσμη λέιζερ, ωστόσο, μπορείτε να πιάσετε αυτά τα φωτόνια ανάμεσα σε δύο καθρέφτες, όπου το φως θα συνεχίσει να αναπηδά εμπρός και πίσω, διεγείροντας ακόμη περισσότερα σωματίδια και απελευθερώνοντας ακόμη περισσότερα φωτόνια που έχουν το ίδιο μήκος κύματος και φάση. Αυτός ο χειρισμός αυτών των ενεργητικών ατόμων, συγκεντρώνοντάς τα σε έναν πολύ στενό χώρο και αναγκάζοντας τα επόμενα φωτόνια να κινούνται σε ομοιόμορφη κατεύθυνση, ουσιαστικά δημιουργεί μια δέσμη λέιζερ.

Ανάλογα με την ισχύ και το μήκος κύματος αυτής της ηλεκτρομαγνητικής δέσμης, τα λέιζερ χρησιμοποιούνται για εκατοντάδες διαφορετικές σύγχρονες εφαρμογές. Αυτή η μορφή συγκεντρωμένου φωτός μπορεί να είναι εξαιρετικά ισχυρή – ακόμη και αρκετά ισχυρή για να κόψει τον συμπαγή χάλυβα! Ωστόσο, οι αλληλεπιδράσεις σας με τις ακτίνες λέιζερ είναι πιθανώς λίγο πιο ήπιες, όπως τα λέιζερ που βρίσκονται σε συσκευές αναπαραγωγής DVD, συσκευές ανάγνωσης κωδικών QC, χειρουργικό εξοπλισμό και καθημερινές τηλεπικοινωνίες μέσω τηλεόρασης και Διαδικτύου.

Σε πολλές από αυτές τις πρακτικές χρήσεις των λέιζερ, δεν θα ήταν εκτεθειμένα με γυμνό μάτι για να τα δει, αλλά αν ήταν, θα μπορούσαμε καν να τα δούμε; Εξάλλου, δεν μπορούμε να δούμε ακτίνες Χ, υπέρυθρο ή υπεριώδες φως χωρίς ειδικό εξοπλισμό… γιατί οι ακτίνες λέιζερ που αποτελούνται από την ίδια ακτινοβολία είναι διαφορετικές;

Ακτίνες λέιζερ:Να βλέπεις ή να μην βλέπεις;

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, οι ακτίνες λέιζερ είναι συγκεντρωμένες μορφές ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που διεγείρουν τα φωτόνια και παράγουν ένα ενεργειακό ρεύμα. Οι ακτίνες λέιζερ είναι επίσης πολύ διαφορετικές από το κανονικό φως, καθώς είναι μονόχρωμες (θα δημιουργηθεί ένα μήκος κύματος φωτός), οργανωμένες (που σημαίνει ότι τα φωτόνια κινούνται σε ένα ενιαίο μέτωπο, με συντονισμένα κύματα) και μονοκατευθυντικές (που σημαίνει ότι είναι εστιασμένο και ισχυρό, παρά αδύναμο και διάχυτο).

Υπάρχουν τρεις άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν το αν είναι ορατή ή όχι μια δέσμη λέιζερ – η ένταση της δέσμης, το μήκος κύματος της δέσμης και η ποσότητα των σωματιδίων στον αέρα . Για να «δούμε» ένα φως, πρέπει να φτάσει στο μάτι σας, αλλά λόγω της μονοκατευθυντικής και ελεγχόμενης φύσης μιας δέσμης λέιζερ, θεωρητικά θα πρέπει να είναι αόρατο. Ο μόνος τρόπος που μπορεί να φτάσει στο μάτι μας είναι αν αυτό το συγκεντρωμένο φως διασκορπιστεί με κάποιο τρόπο και διαθλαστεί στα μάτια μας. Μια δέσμη λέιζερ μπορεί να διασκορπιστεί από οποιοδήποτε σωματίδιο στη διαδρομή της, συμπεριλαμβανομένων των σωματιδίων που υπάρχουν ήδη στον αέρα. Άτομα και άλλα μόρια υπάρχουν παντού γύρω μας στην ατμόσφαιρά μας, αλλά υπάρχουν και μεγαλύτερα σωματίδια, όπως η σκόνη.

Εδώ παίζουν ρόλο αυτοί οι τρεις παράγοντες. την ένταση και το μήκος κύματος του φωτός, σε συνδυασμό με τα σωματίδια στον αέρα. Το φως μπορεί να διασκορπιστεί ως αποτέλεσμα των μορίων του αέρα που βασίζονται στη σκέδαση Rayleigh, η οποία είναι αντιστρόφως ανάλογη με το μήκος κύματος, που σημαίνει ότι είναι ευκολότερο να δούμε πράσινο και μπλε φως μήκους κύματος (καθώς αυτά είναι μικρότερα μήκη κύματος από το κόκκινο). Όσο μεγαλύτερη είναι η ένταση της δέσμης, τόσο περισσότερο φως υπάρχει για να διασκορπιστεί στα μόρια του αέρα, καθιστώντας την ευκολότερη ορατότητα.

Φανταστείτε την τελευταία φορά που ήσασταν σε ένα γεμάτο νυχτερινό κέντρο διασκέδασης και τα φώτα λέιζερ ήταν άγρια, διαπερνώντας τον καπνό και την ομίχλη του δωματίου όπως κάθε αξιοσέβαστη διαστημική μάχη. Αυτό το επιπλέον σωματιδιακό υλικό διασκορπίζει το φως πολύ πιο εύκολα, επομένως αυτές οι μηχανές καπνού είναι σε μεγάλο βαθμό υπεύθυνες για το γιατί τόσοι πολλοί άνθρωποι υποθέτουν ότι οι ακτίνες λέιζερ είναι πάντα ορατές. Είναι αρκετά ενδιαφέρον ότι η ικανότητα του ανθρώπινου ματιού να βλέπει κορυφώνεται γύρω από το πράσινο μήκος κύματος, επομένως, παρόλο που αυτό είναι μεγαλύτερο μήκος κύματος από το μπλε φως, μπορεί να είναι ευκολότερο να εντοπιστεί ένα πράσινο λέιζερ.

Τώρα, για να επιστρέψουμε στο πιο κλασικό παράδειγμα – ένα τεράστιο Star Destroyer που ανοίγει τρύπες σε άλλα διαστημόπλοια στην αγαπημένη σας ταινία Star Wars. Σε αυτό το σενάριο, οι ακτίνες λέιζερ θα ήταν εντελώς αόρατες, καθώς δεν υπάρχει ατμόσφαιρα στο διάστημα, επομένως δεν υπάρχουν σωματίδια που μπορούν να διασκορπίσουν το φως. Τούτου λεχθέντος, αυτές οι σκηνές μάχης δεν θα ήταν τόσο συναρπαστικές με ένα σωρό αόρατα λέιζερ, επομένως οι κινηματογραφιστές έπρεπε να κάνουν μερικές αλλαγές στην πραγματικότητα για να μας κάνουν να επιστρέψουμε στις ταινίες!