NARCISŮV SEN SE STAL REALITOU

N o v é     t e c h n o l o g i e

Vědci z amerického Technologického institutu v Massachusetts (MIT) oznámili nový objev. Podařilo se jim zkonstruovat dokonalé zrcadlo, které kombinuje výhody obou jeho dosud známých „nedokonalých druhů. Nové zrcadlo odráží světlo ze všech úhlů, přičemž nedochází k žádnému úbytku energie.

Objev by mohl být využit v mnoha oborech, mezi jinými při výrobě optických vláken a mobilních telefonů, v medicíně, při úsporách energie a možná dokonce i při zdobení dortů.

„Tento objev je zásadní a bude mít vliv v mnoha ohledech, tvrdí například Eli Yablonovitch, fyzik z Kalifornské university v Los Angeles. Článek o úspěchu vědců z MIT otiskl před deseti dny americký časopis Science a zprávu okamžitě přejaly významné světové deníky.

Za to bych se nakopal

Donedávna si lidé mysleli, že dokonalé zrcadlo nemůže být nikdy sestrojeno. Dokonce John Joannopoulos, šéf týmu, který zrcadlo přivedl na svět, je autorem publikovaného „důkazu , že jeho nové dítě je vědecký nesmysl. „To jenom dokazuje, kolik toho opravdu vím, komentoval tento paradox Joannopoulos v rozhovoru pro The New York Times z minulého úterý.

Ovšem myšlenka stojící u zrodu nového typu zrcadla je tak jednoduchá, že každý, kdo si důkazy o jeho funkčnosti prostuduje, absolutně nepochybuje o jejich pravdivosti. Sestrojení zrcadla totiž nedoprovází žádný nový objev na poli matematiky či fyziky.

Článek v časopisu Science napsal fyzik laboratoře tryskových pohonů při americké Národní agentuře pro letectví a vesmír (NASA) Jon Dowling. „Jednou za čas přijde někdo s myšlenkou tak skvělou a jednoduchou, že byste se nejraději nakopali pro vlastní neschopnost, říká.

Existují dva druhy zrcadel. Běžnější je zrcadlo kovové, které má každý doma v koupelně. To slouží celkem spolehlivě, avšak má své limity. Nejdůležitějším je skutečnost, že kovové zrcadlo ubírá energii, když pohlcuje malé množství světla, které na ně dopadá. Světlo totiž, stejně jako rádiové vlny, je jen druhem elektromagnetické radiace. A když narazí na kovové zrcadlo, chovají se elektrony v kovu stejně jako v anténě. Pohyb elektronů pak vyžaduje energii, jejíž ztráta se projeví zeslabením odraženého světla. Proto nemohou být kovová zrcadla využívána v komunikačních a laserových zařízeních, kde je právě omezení úbytku energie zásadní podmínkou funkčnosti.

Pro tyto přístroje a technologie se hodí více tzv. dielektrické zrcadlo, vyrobené z nevodivého materiálu jako třeba sklo nebo umělá hmota. Také bájný Narcis uviděl svou podobiznu - do které se okamžitě zamiloval - v určitém druhu dielektrického zrcadla. I voda je totiž nevodivá látka.

Voda ani sklo ovšem neodrážejí světlo příliš dobře, proto se pro výrobu dielektrických zrcadel využívá nakupených tenkých vrstev dvou nevodivých materiálů. Kdykoli přechází světlo z jedné vrstvy do druhé, je odražena jeho malá část. Pokud je tloušťka jednotlivých vrstev dobře zvolena, tyto světelné vlny se kombinují a vzájemně posilují, následkem čehož dokáží světlo lépe odrážet. Vědci už umí spojit tolik vrstev dvou nevodivých látek, že dokáží vyrobit téměř dokonalé zrcadlo, které má i další výhody. Dielektrické zrcadlo může být totiž sestrojeno tak, aby odráželo jen světlo o určité frekvenci a zbytek jím procházel. Lze tak vyrobit zrcadlo propouštějící denní světlo, zatímco infračervené (UV) záření bude odrážet. Protože jsou UV paprsky nosičem tepla, mohla by dielektrickým zrcadlem potažená okna chránit místnost před teplem bez omezení přístupu denního světla. Celá věc však měla donedávna háček.

Vědci přemýšlejí jinak

Běžná dielektrická zrcadla, na rozdíl od zrcadel kovových, odrážejí světlo jen pod určitým úhlem. Dielektrické okno by tak mohlo svému účelu sloužit jen třeba přes poledne. Tento handicap omezuje i využití dielektrických zrcadel například jen pro laserové přístroje, které mohou paprsek nasměrovat pod přesně daným úhlem. Doku nepřišli vědci z MIT se svým objevem, mysleli si jejich kolegové, že tento problém nikdy nepřekonají.

Členové týmu doktora Joannopoulose si jen díky náhodě uvědomili, že asi něco přehlédli. Student Joshua Winn si hrál na počítači s modelem dielektrického zrcadla, když si v jednom momentu všiml, že odráží světlo v mnohem větším rozmezí úhlů, než si původně myslel. Obrátil se na svého kolegu Shanhui Fana, který přišel s vysvětlením. Oba byli spokojeni a uložili svůj objev jako teoretickou novinku do archivu. Na celou věc okamžitě zapomněli. „To je problém teoretiků, kteří prostě přemýšlejí jiným způsobem, komentuje situaci Joannopoulos.

Mezitím se Yoel Fink, další student z Technologického institutu v Massachusetts, potýkal s vědeckým úkolem, který řešil pro americké ministerstvo obrany. Došel přitom k závěru, že by mu mohlo pomoci několikavrstvé dielektrické zrcadlo. Svůj návrh přednesl na velkém shromáždění vědců, mezi nimiž byl i Joannopoulos, kterému okamžitě svitlo.

Brzy byl na stole prototyp zrcadla vyrobeného z devíti vrstev polystyrénu (umělá hmota) a telluria (kov). Měření potvrdila teoretické předpoklady. Zrcadlo odráželo světlo ze všech úhlů. Celé měsíce pak američtí vědci žili ve strachu, že něco tak triviálního musí být přece dobře známo. „Jak by něco podobného mohlo být neznámé? ptá se další z významných členů vědeckého týmu z MIT, fyzik Edwin Thomas a dodává, „Měli jsme dojem, že dříve nebo později nám někdo zaklepe na rameno a oznámí ‚ale to už přece víme sto let . Nikdo se však neob-jevil.

Zrcadlo ve špagetě

Při jednom pokusu nainstalovala skupina vědců z MIT své zrcadlo do trubice tenké jako špageta, která je v řeči amerických odborníků nazývána „omniguide . Paprsek světla může být touto trubicí veden mnohem efektivněji, než v optických kabelech, protože ty pohlcují světlo. Na rozdíl od optických vláken mohou tyto speciální trubice vést světlo i okolo rohů. Například v medicíně by jimi mohl proudit laserový paprsek používaný při chirurgických zákrocích.

Také v oblasti komunikací je nová technologie velkou nadějí. Speciální trubice vodící světlo by mohly nahradit dosud používané optické kabely, které musí být každých dvacet kilometrů vybaveny zesilovačem světelného signálu. Trubice by se mohly táhnou tisíce kilometrů bez jediného zesilovače.

Radost mohou mít i cukráři. Pokud budou miniaturní zrcadla zamíchána do jedlé průhledné hmoty, mohu zdobit dorty. „Opravdu, jaké znáte jídlo, které dobře odráží světlo? ptá se v rozhovoru pro The New York Times Yoel Fink.