لقد أثبت الباحثون أن الظلام يمكن تركيزه مثلما يمكن تركيز الضوء
ماذا يحدث لنا عندما ندخل مكانًا مظلمًا جدًا؟ الشعور هو أن الظلام يحيط بنا ونجد أنه من الصعب أكثر فأكثر أن نركز نظرنا على نقطة واحدة. دراسة جديدة أجرتها جامعة تل أبيب بالتعاون مع جامعات في الولايات المتحدة وألمانيا بالإضافة إلى معهد الفضاء الألماني (DLR) يظهر لأول مرة أنه من الممكن "تركيز الظلام"، أي تركيز الموجات على نقطة واحدة في الفضاء حيث سيتم الحصول على الحد الأدنى من شدة الضوء. وهذا مشابه للتركيز المألوف (على سبيل المثال بواسطة العدسات أو المرايا الكروية)، والذي ينتج عنه نقطة ضوء ساطعة.
الظلام في نهاية النفق
يمكن تركيز الموجات الكهرومغناطيسية وموجات المادة وموجات الجاذبية السطحية في منطقة صغيرة مركزة في الفضاء، وهي ظاهرة تعرف بالتركيز الساطع. وهذا هو المبدأ الذي تعمل عليه العديد من الأجهزة البصرية، بما في ذلك العدسات والتلسكوبات والكاميرات والمجاهر والنظارات المكبرة وكذلك العين البشرية. وتضمن العمل السابق الذي تم إنجازه في مختبر البروفيسور عدي أرييه، أحد قادة البحث الجديد، مع بعض شركائه في هذا البحث، تطوير نوع جديد من الدليل الموجي، مما يوضح أنه من الممكن التركيز حتى بدون عدسة، عندما يمر الضوء أو أي موجة أخرى عبر شق ضيق وتتركز في منطقة مشرقة في الفضاء.
أجرى البحث البروفيسور عدي أرييه والبروفيسور ليف شيمر من كلية الهندسة آيفي وألدر فليشمان وطالب الدكتوراه جورجي جيري روزنمان من كلية ريموند وبيرلي ساكلر للعلوم الدقيقة. كما حضره باحثون من جامعة أولم ومعهد الفضاء الألماني - الدكتور مانويل رودريجيز جونكالفيس، والدكتور ماتياس زيمرمان، والبروفيسور مكسيم إفرايموف، والبروفيسور فولفجانج شلايش، والباحث البروفيسور ويليام كيس من الولايات المتحدة الأمريكية. البروفيسور عدي أرييه هو المسؤول عن كرسي ماركو ولوسي شاؤول لعلم النانو الضوئيات. ونشرت الدراسة في مجلة مرموقة الفيزياء التطبيقية ب.
"يرتبط التركيز عادة بزيادة شدة الضوء في منطقة محدودة في الفضاء، كما يمكن رؤيته في الضوء الذي يمر عبر العدسة. "لقد حاولنا إجراء العملية المعاكسة، أي تقليل كمية الضوء إلى الصفر تقريبًا عند نقطة معينة في الفضاء"، يوضح طالب الدكتوراه جورجي جيري روزنمان ويتوسع في "الظاهرة التي اكتشفناها في التجربة، والتي اكتشفناها تمت دراسته أيضًا من خلال نظرية مصاحبة، تسمى التركيز المظلم غير المباشر. وكجزء من هذه الظاهرة، تتركز الموجات في نقطة واحدة في الفضاء، ولكن على عكس البؤرة الساطعة، يتم الحصول على الحد الأدنى من الشدة، بينما في بقية الفضاء توجد موجات ذات كثافة عالية.
التوأم المظلم للتركيز المشرق
في المقالة، قام الباحثون بتفصيل التحليل النظري للمشكلة باستخدام أدوات من ميكانيكا الموجات وميكانيكا الكم. ويشير الباحثون إلى أنه وفقا للتنبؤ النظري، فإن هذه الظاهرة يمكن أن تحدث حتى في غياب عدسة تركز الضوء، في وجود شرخ فقط.
"إن أساس مبدأ التشغيل الجديد الذي قمنا بفك شفرته هو أنه في نصف الشق ستتأخر الموجة، مقارنة بالنصف الآخر حيث ستمر الموجة دون تأخير. بالنسبة للموجات الضوئية، على سبيل المثال، يمكن تحقيق مثل هذا التأخير عن طريق إضافة لوحة رقيقة من الزجاج تغطي نصف الشق. ويضيف روزنمان: "التجربة التي تم إجراؤها استخدمت فكرة مماثلة، ولكن بالنسبة لموجات الماء".
يشرح روزنمان بالتفصيل المرحلة الثانية من البحث، والتي لوحظت فيها هذه الظاهرة الرائعة أيضًا في موجات الجاذبية السطحية للمياه: "في مختبر البروفيسور ليف شيمر، أنشأنا مجموعة من موجات الجاذبية السطحية في حوض أمواج يبلغ ارتفاعه حوالي 5 أمتار طويل. وعلى أساس التنبؤ النظري، قمنا بتصميم بنية الشقوق الخاصة في الفضاء الزمني، ولاحظنا لأول مرة ظاهرة التركيز الداكن غير المباشر بشكل تجريبي. في الواقع، أدركنا أن التركيز المظلم غير المباشر ليس فقط التوأم المعاكس للتركيز الساطع، ولكنه يتمتع أيضًا بالعديد من الخصائص المثيرة للاهتمام في حد ذاته. على سبيل المثال، رأينا أن مواقع مراكز الظلام تختلف عن مواقع مراكز الضوء، وأن إخراج النظام من التركيز قد يؤدي إلى تكوين نطاقات داكنة واسعة."
ويدعي الباحثون أن الظاهرة الجديدة التي اكتشفوها لها آثار مثيرة للاهتمام لفهم الظواهر الموجية، وأنه قد يكون لها أيضًا تطبيقات في الموجات الصوتية والكهرومغناطيسية. "بمساعدة الاستنتاجات التي توصلنا إليها من التجارب التي أجريناها والنظرية التي بنيناها، فإننا نقدر أنه سيكون من الممكن القضاء على الضوضاء بطريقة مستهدفة أو التقاط الجسيمات ونقلها بشكل أكثر كفاءة. وعلى الرغم من أن هذه الظاهرة تتعامل مع الظلام، إلا أنها على الأرجح ستجلب الكثير من الضوء العلمي لحياتنا، لأنها تفتح بابًا أمام ظواهر فيزيائية جديدة".
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
