Kapitán Kirk by se asi nezačetl. Ale běžní smrtelníci studii čínských vědců, zveřejněnou na serveru arXiv, ocení více. Tým Ťün Čchena z univerzity v Šanghaji v ní popisuje princip "tažného paprsku", který patří k rekvizitám mnoha sci-fi seriálů.
Zatlačeni světlem
Na pohled je tvrzení čínských vědců proti zdravému rozumu. Popisují totiž světelný paprsek, který ozářené předměty přitahuje směrem ke svému zdroji. Běžně je tomu právě naopak. Světlo ozařované předměty odtlačuje pryč od zdroje.
Vesmírná sluneční plachetnicekosmické plavidlo budoucnosti |
Příkladem mohou být například v současnosti zkoušené vesmírné sluneční plachetnice. Světlo dokáže také rozhýbat planetky a asteroidy. Astronomové pozorovali řadu případů, kdy sluneční záření tyto objekty roztočilo. Potřebuje k tomu ovšem velmi dlouhou dobu.
Na Zemi se světlo také používá k manipulaci s hmotou. Ale jen v malém. Ve výzkumných laboratořích využívají laserové svazky třeba k dopravě tisíců mikroobjektů na milimetrové vzdálenosti, k separaci mikročástic podle jejich vlastností, rotaci částic nebo k vytvářeni mikrostruktur, které drží pohromadě světlo, vypočítává namátkou Pavel Zemánek z Ústavu přístrojové techniky Akademie věd.
Nejjednodušší použití je znovu k "odtlačování". Fyzikové už ale běžně používají i "optické pinzety." Jde o speciálně tvarované laserové paprsky, které dokáží uvěznit například jednotlivé částice v určité místě. Ty už pracují na velmi podobném principu jako "tažný paprsek".
Stále vpřed, jen jiným směrem
Obě aplikace jsou představitelné jen díky ohromnému pokroku optiky (danému třeba i vývojem elektroniky a materiálu) hlavně v posledním desetiletí. Díky tomu vědci dokáží se světelnými (tedy hlavně laserovými) paprsky dělat těžko uvěřitelné věci.
Funguje to podobně jako závit na šroubu |
Pro "tažný paprsek" i "pinzetu" je například důležité to, že lasery umí vytvářet paprsek podobný šroubovici. Jednotlivé částice světla se v něm pohybují po dráze podobné závitu na šroubu. Pokaždé tedy míří jiným směrem než samotný paprsek. Přitom ho ale nikdy neopustí.
Vliv takových částic na objekty stojící mu v cestě pak záleží na okamžitém směru jejich pohybu. "Částice, které se pohybují více méně ve směru paprsku – tedy v ostrém úhlu k němu – tlačí objekt ve směru dopadajícího řízení, to je jasné", říká Pavel Zemánek, který sám s "optickými pinzetami" pracuje.
Ale u některých paprsků můžou být částice, které zhruba řečeno "letí" výrazně jiným směrem než celý paprsek. "Pokud je rozdíl dost veliký – tedy pokud je to dost veliký úhel mezi směrem letu částice a paprsku – může pak paprsek částici ležící v jeho cestě tlačit v "protisměru", vysvětluje Pavel Zemánek.
Jak udělat protivítr
Čínští vědci se pokusili spočítat, zda je možné vytvořit paprsek, kde by převládaly částice s "protisměrným" účinkem. Jejich teoretické výpočty ukazují, že ano.
Pavel Zemánek není překvapený. "Naše teoretické výpočty přibližně před pěti lety také ukázaly, že by něco takového mohlo být možné," říká český fyzik a dodává: "My se ale snažíme o praktické realizace a v práci jsme tedy nepokračovali."
Skupina z Ústavu přístrojové techniky si podle Zemánka uvědomila, že efekt by z jejich hlediska nebyl příliš prakticky použitelný. Podle všeho bude fungovat jenom na velmi malé vzdálenosti.
Hrdinové na prach
Kdyby se toto omezení podařilo některému týmu překonat, fyzikové by "tažný paprsek" přivítali. "Startrekovská" technologie by jejich hrátky s hmotou obohatila o další rozměr.
Paprsek, který by pohnul člověkem, vyzáří během tří dnů tolik energie, kolik činí spotřeba elektřiny v ČR za rok. |
Zatím je ale jisté, že vesmírné lodě s ní rozhodně posunovat nebudeme. "Abyste pohnuli s člověkem, potřebovali byste terrawattový laser," zhruba odhadl pro časopis ScienceNews fyzik David Grier z univerzity v New Yorku. Takový laser by za dva a půl dne vyzářil tolik energie, kolik činí spotřeba elektřiny v ČR za celý rok.
Blízké setkání s takovým množstvím energie by nezvládly ani ti nejotrlejší postavy sci-fi seriálů. Terrawattový paprsek by každou "přepravovanou" osobu okamžitě spálil. "Byl by to krátký výlet," shrnuje Grier pro ScienceNews.
Na první pohled se zdá, že by mohl alespoň trochu vědět, o čem mluví. Vloni představil svou vlastní verzi tažného paprsku v časopise Optics Express.
Brzy chystá další práci, která přidá tažnému paprsku nový rozměr. Má totiž popisovat paprsky, které umožní "přitahovat" částice i po jiné než přímé dráze. Mohou opisovat zatáčky či smyčky. To už by mohlo zaujmout i kapitána Enterprise.
