MARI DESCOPERIRI ALE FIZICII

          Laseri verzi sau chiar albaştri există şi sunt intens cercetaţi. Problema este că diodele de verde şi albastru au o viaţă efemeră (cele mai performante ating doar câteva sute de ore) şi funcţionează la temperaturi scăzute (apropiate de 0K). Faţă de clasicul GaAs (care emite în roșu-IR), pentru laserii albaştri se preferă ZnSe şi GaN. Primul a fost exclus treptat din cercetări datorită rezistivităţii mari, consumului mare de energie, randamentului mic şi a multor altor factori descoperiţi experimental. Ultimele cercetări s-au concentrat pe GaN, iar de când profesorul Shuji Nakamura a realizat primul montaj practic şi fiabil pentru generarea laserului albastru, cercetările au luat amploare. Un fapt inedit, la data realizării diodei pentru laserul albastru, în 1993, Shuji Nakamura nu avea nici măcar un doctorat în buzunar, era doar un simplu cercetător pierdut într-un laborator al unei firme japoneze obscure. Recent, profesor Nakamura s-a alăturat colectivului profesoral de la Colegiul de Inginerie al Universităţii Californiene din Santa Barbara, SUA.

          Revenind la laserii uzuali, trebuie menţionate şi o serie de pericole ce pot apare chiar şi pe lângă laserii cu semiconductori care sunt cunoscuţi a fi mai puţin puternici. S-a calculat că o diodă obişnuită are o putere mult mai mare chiar şi decât a soarelui la ecuator. Toate amestecurile din stratul activ au o putere de emisie mult mai mare decât a aceleiaşi cantităţi de suprafaţă solară. Diodele prezente pe piaţă fac parte din clasele a II-a şi III-a, ceea ce înseamnă că prezintă risc scăzut de vătămare la operarea conformă cu manualul şi la expunerea fugară, efemeră a ochiului în raza laser. Totuşi, trebuie avut în vedere că orice expunere îndelungată produce vătămări punctiforme ale retinei şi nu este nevoie de efecte imediate pentru că retina să fie vătămată. Regula numărul unu în lucrul cu laserii, nu se priveşte direct în raza laser chiar dacă nu se simte nici o durere sau chiar dacă raza este palidă. CULOAREA ŞI STRĂLUCIREA RAZELOR LASER NU AU NICI O LEGĂTURĂ CU PUTEREA RADIAŢIEI. Aceste două proprietăţi sunt date de lungimea de undă a radiaţiei care nu influenţează în mod decisiv puterea laserului. Pot exista laseri cu o culoare roz palidă care să fie mai nocivi decât cei mai aprinşi şi roşiatici laseri. Între „laserişti” exista o glumă: „Regula numărul unu în lucrul cu laserii: Nu te uita niciodată direct în raza laser cu unicul ochi rămas întreg !”.

Utilizarea laserilor cu semiconductori.

Aspecte pozitive şi negative ale acestei tehnologii.

          Diodele sunt larg răspândite. Faptul că sunt ieftin de produs, uşor de folosit şi foarte ieftin de folosit duce la producerea lor în masă şi includerea lor în cele mai multe aparate electronice ce au nevoie de laseri.

          Lecturatoarele de cd, fie ele CD-ROM-uri sau CD-playere, sunt toate prevăzute cu diode laser. Playerele DVD au, deasemenea, diode laser, doar că acestea emit fascicule mult mai fine. CD-Writer-ele şi CD-ReWriter-ele folosesc diode ce emit laseri apropiaţi de IR (800 nm) şi puteri de câţiva W. Aceleaşi diode, dar de puteri ceva mi mici, sunt prezente şi în imprimantele cu laser. Alte produse care folosesc laseri emişi de diode sunt cititoarele de coduri de bare (Bar-Code Readers), unele Scannere, Pointerele etc. Poate cel mai important folos, după CD/DVD-playere, este cel adus în comunicaţiile prin fibra optică. În cadrul fiecărui emiţător pe fibră optică se afla o diodă laser. Mai nou s-a început folosirea diodelor şi în medicină şi în holografie. Diodele nu sunt folosite în aplicaţiile militare (Radar, ghidare rachete, transmisiuni de date prin eter etc.), aplicaţiile astronomice (distanţe cosmice şi determinări de compoziţii), efectele speciale de anvergură şi holografia de mare întindere datorită puterii limitate relativ mici pe care o dezvolta.

Concluzii.

          Laserul cu semiconductori este o alternativă ieftină şi fiabila la laserii cu gaz. Mărimile reduse, costurile mici de fabricaţie şi utilizare cât şi longevitatea lor conferă diodelor atuuri importante în „lupta” cu celelalte dispozitive de emisie laser. Singurele dezavantaje fiind puterile relativ mici şi fragilitatea, diodele sunt şi vor fi cercetate extensiv pentru a fi îmbunătăţite. Pentru noi este important să înţelegem cum funcţionează un astfel de dispozitiv, la ce este folosit şi încotro se îndreaptă cercetările pentru a ne familiariza încă de pe acum cu acest tip de laser pe care îl vom întâlni din ce în ce mai des în viaţa noastră de zi cu zi. Este important să cunoaştem pericolele pe care le aduce cu sine o diodă laser precum şi factorii care pot perturba buna funcţionare a acesteia pentru a şti cum să ne apărăm şi cum să o protejăm. Laserul cu semiconductori este un domeniu ale cărui orizonturi abia acum ni se deschid, cu un viitor sigur şi cu implicaţii puternice în viaţa de zi cu zi.

GĂURILE NEGRE

          Găurile negre sunt obiecte atât de masive şi dense încât atracţia lor gravitaţională nu lasă nici lumina să scape. Dacă miezul lăsat în urmă de către explozia unei supernove are masă mai mare decât cea a soarelui nostru, forţa care ţine laolaltă neutronii nu este suficient de mare ca să poată echilibra forţa gravitaţională proprie. Miezul continuă să se stingă. În momentul în care masa miezului este suficient de concentrată, forţa gravitaţională a acestuia este imensă. Această forţă nu se poate explica în fizica clasică şi astronomii folosesc teoria relativităţii a lui Einstein ca să explice comportamentul luminii şi al materiei faţă de această imensă forţă gravitaţională. Potrivit relativităţii generale, spaţiul din jurul miezului este atât de puternic curbat încât atrage şi lumina. O stea de zece ori mai mare decât soarele nostru se poate transforma într-o gaură neagră doar dacă se comprimă până la un diametru de aproximativ 90 km sau chiar mai puţin. Presupunerile astronomilor spun că mijlocul galaxiei noastre este o gaură neagră imensă. Pe înţelesul tuturor, o gaură neagră este o regiune din spaţiu care are atât de multă masă concentrată în ea încât nici un obiect din apropiere nu poate scăpa de atracţia ei gravitaţională. Având în vedere că cea mai bună teorie despre gravitaţie pe care o avem în acest moment este Teoria generală a relativităţii a lui Einstein, trebuie să folosim nişte rezultate ale ei pentru a înţelege găurile negre mai în detaliu. Dar să începem mai uşor, gândindu-ne la gravitaţie sub circumstanţe destul de simple.

          Să presupunem că ne aflăm pe suprafaţa unei planete. Aruncăm o piatră pe direcţie verticală. Presupunând că nu o aruncăm prea tare, ea se va ridica un pic, dar până la urma acceleraţia datorată gravitaţiei planetei o va face să cadă din nou. Dacă aruncăm piatra destul de tare am putea s-o facem să scape total de gravitaţia planetei. Se va ridica la nesfârşit. Viteza cu care aruncăm o piatră pentru că ea să scape de atracţia gravitaţională a planetei se numeşte viteza de evadare. După cum probabil v-aţi dat seama viteza de evadare depinde de masa planetei: dacă o planetă este extrem de masivă, atunci gravitaţia ei este foarte puternică, deci viteza de evadare este foarte mare. O planetă mai uşoară va avea o viteză de evadare mai mică. Viteza de evadare depinde de asemenea de distanţa la care ne aflăm de centrul planetei: cu cât suntem mai aproape, cu atât mai mare este viteza de evadare. Viteza de evadare a Pământului este de 11,2 km/s, în timp ce aceea a Lunii este de doar 2,4 km/s. Acum să ne imaginăm un obiect cu o concentraţie enormă de masă într-o atât de mică rază încât viteza de evadare este mai mare decât viteza luminii. Deci, cum nimic nu poate merge mai repede decât lumina, nimic nu poate scăpa din câmpul gravitaţional al obiectului. Chiar şi lumina va fi trasă înapoi de gravitaţie şi nu va fi în stare să scape. Ideea unei concentraţii de masă atât de densă încât nici lumina nu poate scăp, datează încă din timpul lui Laplace în secolul XVIII. Aproape imediat după ce Einstein a dezvoltat relativitatea generală, Karl Schwarzschild a dat soluţia ecuaţiei matematice care descria un astfel de obiect. Abia mult mai târziu, prin 1930, datorită muncii lui Robert Oppenheimer, Volkoff şi Snyder, oamenii s-au gândit că acest tip de obiecte chiar există în Univers. Aceşti cercetători au arătat că atunci când o stea suficient de masivă rămâne fără combustibil, nu mai e în stare să reziste împotriva propriei atracţii gravitaţionale, şi colapsează într-o gaură neagră.

          În relativitatea generală, gravitaţia este o manifestare a curburii spaţiu-timp. Obiectele masive distorsionează spaţiul şi timpul, astfel încât regulile uzuale ale geometriei nu se mai aplică. Lângă o gaură neagră, distorsiunea spaţiu-timpului este foarte severă şi din această cauză găurile negre au nişte proprietăţi foarte ciudate. O gaură neagră are ceva ce se cheamă ”orizontul evenimentului” sau Raza Schwarzschild. Aceasta este o suprafaţă sferică ce marchează granița găurii negre. Poţi „intra” în gaură prin acest orizont, dar nu mai poţi ieşi niciodată. De fapt, odată ce ai trecut de orizontul evenimentului, eşti condamnat să te apropii din ce în ce mai mult de ”punctul de singularitate” din centrul găurii negre. S-a estimat că punctul de singularitate este „traducerea” unei forţe gravitaţionale care tinde, ca şi valoare, spre infinit.

          Ne putem imagina orizontul evenimentului ca fiind locul unde viteza de evadare este egală cu viteza luminii. În afara acestui orizont, viteza de evadare este mai mică decât viteza luminii, deci dacă turaţi motorul îndeajuns, puteţi scăpa de atracţia gravitaţională. Dar dacă vă aflaţi în interiorul orizontului, oricât de puternic ar fi motorul tot nu veţi scăpa.

          Raza Schwarzschild are nişte proprietăţi geometrice foarte ciudate. Pentru un observator care stă nemişcat la distanţă mare de gaura neagră, orizontul pare a fi o suprafaţă sferică frumoasă şi statică. Dar odată cu apropierea de orizont, ne dăm seama că are o viteză foarte mare. De fapt se mişcă spre exterior, relativ la singularitate, cu viteza luminii! Asta explică de ce e uşor să treci orizontul spre interior, dar e imposibil s-o faci în direcţia opusă.

          Orizontul e static, dar dintr-un anumit punct de vedere el poate fi considerat ca fiind în mişcare. Mai plastic spus el trebuie să fugă atât de repede numai ca să rămână pe loc. Odată intrat în orizont spaţiu-timpul este distorsionat atât de mult încât coordonatele care descriu distanța radială şi timpul îşi schimbă rolurile.

          Adică „r”, coordonata care arată cât de departe suntem de centru, devine o coordonată asemănătoare timpului, iar „t” devine asemănătoare spaţiului. O consecinţă a acestui fapt este aceea că nu te poţi opri din mişcarea spre un „r” din ce în ce mai mic, la fel cum în circumstanţe obişnuite nu te poţi opri din mersul spre viitor (adică spre valori din ce în ce mai mari ale lui t).

          În final, ne vom lovi de singularitate la r=0. Am putea încerca s-o evităm, turând motorul, dar e inutil: indiferent de direcţia în care mergi nu-ţi poţi evita viitorul. Încercarea de a evita singularitatea, odată trecut orizontul evenimentului, e la fel ca şi cum ai încerca să eviţi ziua de mâine.

          Numele „gaura neagră” a fost inventat de John Archibald Wheeler, şi s-a încetăţenit datorită faptului că are mai mult „lipici” decât celelalte dinaintea lui. Înaintea lui Wheeler, aceste obiecte erau uneori denumite „stele îngheţate”

Please follow and like us: