Cisimlerin Nasıl Işık Saçtığına Dair Yeni Kurallar Bulundu

Princeton'dan bir grup araştırmacı, cisimlerin ışık yayması ve ışığı soğurması hakkında yeni kurallar keşfetti. Gelişmelerle birlikte yeni nesil güneş enerjisi ve optik cihazlara ilişkin araştırmaların sayısının artması bekleniyor. Ayrıca keşfin, bilim insanlarının ışık üzerindeki kontrolünü daha iyi hâle getireceği belirtiliyor.

Yeni keşif, uzun zamandır süregelen ölçek sorununa çözüm buldu. Işık, küçük cisimlerle etkileşime geçtiğinde büyük ölçeklerde iyi belirlenmiş fiziksel sabitlere aykırı davranıyordu. Araştırmacı Sean Molesky, bir molekülle karşılaşan ışığın bir kum tanesiyle karşılaşan ışığa göre farklı davrandığını ve ikisinin aynı anda açıklanamayacağını söyledi.

Yeni teknolojilerin önü açıldı:

Sorun, ışığın şekil değiştirme özelliğinden kaynaklanıyor. Sıradan cisimler için ışığın hareketi, düz çizgi ya da ışın olarak tanımlanabiliyor fakat mikroskobik cisimlerde, ışığın dalga özellikleri öne çıkıyor ve ışın optiğinin kuralları yıkılıyor. Mikro ölçekteki gözlemlere göre kızılötesinde birim alan başına düşen enerji, ışın optiği tahminlerinden milyonlarca kez daha fazla.

Physical Review Letters'ta yayınlanan yeni araştırmaya göre yeni kurallar, bir cismin herhangi bir ölçekte ne kadar kızılötesi ışık yayabileceğini ya da soğurabileceğini gösteriyor. Böylece onlarca yıldır süren 'büyük ve küçük' uyuşmazlığı ortadan kalkıyor. Çalışma, 19. yüzyılda geliştirilen 'kara gövde (blackbody)' kavramını modern bir bağlama oturtuyor. Kara gövdeler, ışığı maksimum verimlilikle soğuran ya da yayan ideal cisimlere verilen addı.

Planck, Einstein ve Boltzmann gibi ünlü fizikçileri de uğraştıran, ışık soğuran ve yayan cisimler hakkındaki ilk fikirler, kuantum mekaniğinin gelişmesini sağlamıştı. Daha önceki çalışmalar, nano ölçeklerdeki cisimlerin ışığı soğurma ve yayma özelliklerini geliştirdiğini gösteriyordu ancak kimse mümkün olanın temel sınırlarını tarif edememiş ve bir tasarıma nasıl ulaşılacağı konusundaki soruları yanıtsız bırakmıştı.

Yeni kurallarla birlikte deneme yanılma yöntemi sona erecek ve mühendisler matematikle tasarımlarını optimize edebilecekler. Yeni çalışma özellikle güneş enerjisi panelleri, optik devreler ve kuantum bilgisayar teknolojileri için önemli.

Şimdilik araştırmanın bulguları, ışığın güneş ya da akkor hâlindeki lamba gibi termal kaynaklarıyla sınırlı fakat araştırmacılar yeni kuralları LED'ler ve ateş böcekleri gibi diğer ışık kaynaklarına doğru genelleyebilmeyi umuyor.

Kaynak: Webtekno