Spalio 21 d. tūkstančiai žmonių pasaulyje pirmą kartą minės fotonikos dieną. Fot... ką minės? – paklaus dauguma žmonių. Jei nesate fizikos ar inžinerijos specialistai, greičiausiai apie šią dieną negirdėjote. Fotonikos diena jau kitą savaitę bus švenčiama ir Lietuvoje. Kas yra fotonika ir kodėl ja verta domėtis? Apie tai kalbamės su Petru Balkevičiumi, Lietuvos lazerių asociacijos vykdančiuoju direktoriumi ir Miku Vengriu, Lazerinių tyrimų centro vyresniuoju mokslo darbuotoju.
Spalio 21 d. tūkstančiai žmonių pasaulyje pirmą kartą minės fotonikos dieną. Fot... ką minės? – paklaus dauguma žmonių. Jei nesate fizikos ar inžinerijos specialistai, greičiausiai apie šią dieną negirdėjote. Fotonikos diena jau kitą savaitę bus švenčiama ir Lietuvoje. Kas yra fotonika ir kodėl ja verta domėtis? Apie tai kalbamės su Petru Balkevičiumi, Lietuvos lazerių asociacijos vykdančiuoju direktoriumi ir Miku Vengriu, Lazerinių tyrimų centro vyresniuoju mokslo darbuotoju.
Lazeris („Eksma“ nuotr.)
Daugelis išgirdę terminą fotonika pradeda kilnoti antakius ir raukyti kaktą. Kas slepiasi po šiuo įmantriu žodžiu?
P. B.: Iš panašiai skambančių žodžių girdėta turbūt tik „elektronika“. Net ir baigęs keturias klases žino, kad elektronika yra įvairūs prietaisai, veikiantys spaudžiant mygtukus. Elektronika atsirado pirmoji. Ji dabar visur – telefonuose, kompiuteriuose, automobiliuose, širdies stimuliatoriuose, skalbyklėse, skrudintuvuose. Bet visa tai – XX amžius. Ne viena nuomonė egzistuoja, kad XXI amžius taps fotonikos amžiumi. O kas ta fotonika? Tai aibė dalykų, atsirandančių išmokus manipuliuoti fotonais. O kas tie fotonai? Tai šviesos dalelės.
M. V.: Bet šviesa juk elektromagnetinės bangos, pasakysite. Taip, ir bangos, ir dalelės vienu metu, bet į tai gilintis čia nereikėtų, nes kvantinės mechanikos kursas užtrunka porą semestrų ir dažnai nurauna stogą net ir protams, gabesniems už vidutinius. Pakaks pasakyti, kad fotonika – tai manipuliacijos šviesa.
Bet manipuliacijos šviesa tai ir šviesoforai, ir lauko reklamos...
P. B.: Taip, ir šviesoforai, bet ne tik jie. Šviesa mums labai svarbi. Apie 80 proc. informacijos gauname šviesos pavidalu. Beveik visą energiją (išskyrus branduolinę) mums atsiunčia Saulė, nuolat mus bombarduodama efemeriškomis šviesos dalelėmis – fotonais. Tai keistos dalelės: jos nieko nesveria, bet atsitrenkusios į medžiagą geba ją stumtelėti.
M. V.: Fotonai juda tik šviesos greičiu – 299 792.458 km/s, t.y., per sekundę apskrieja Žemės rutulį daugiau kaip 7 kartus. Turint omenyje, kad kuo greičiau judame, tuo lėčiau eina laikas, fotonams laikas yra visiškai sustojęs. Jie gyvena amžinybę trunkančioje nirvanoje.
Ar susiduriame su fotonais savo įprastoje aplinkoje?
P. B.: Žinoma, ilgai ieškoti nereikia. Jei skaitote šį tekstą, greičiausiai žiūrite į fotonikos instrumentą – ekraną. Ekranai mus lydi visur: mobiliajame telefone, kompiuteryje, troleibuse, auditorijoje, parduotuvėse, vaistinėse. Mano automobilyje jų net keturi.
Lyg ir nieko čia keisto, bet dar prieš 40 metų vienintelis pažįstamas ekranas buvo kineskopinis televizorius ir segmentiniai skaičiukai, rodantys, kuriame aukšte šiuo metu yra liftas.
M. V.: Kiekviename kompiuterio ekrane yra milijonas ar net keli šviesą uždegančių bei neuždegančių taškučių. Ir jie visi veikia! Kine filmus projektuoja skaitmeniniai projektoriai, kuriuose vaizdą generuoja į ekranus panašios, tik mažesnės skystųjų kristalų ar skaitmeniniu būdu valdomų veidrodukų matricos. Stadionų ir pramogų arenų ekranuose vaizdą generuoja matricos iš raudonų, žalių ir mėlynų puslaidininkinių šviestukų. Už pastaruosius ką tik paskirta fizikos Nobelio premiją.
Beje, tam, kad degtų balta šviesa reikia jungti raudoną, žalią ir mėlyną šviestukus. Ilgą laiką nesisekė gauti baltos šviesos, nes mokslininkams niekaip nepavyko išgauti mėlynos spalvos šviestukų. Jų išgavimo paieškos užtruko kone 50 metų po to, kai jau buvo išrasti raudoni ir žali kištukai. Tai pavyko japonams. Šie puslaidininkiai šviestukai dabar naudojami ir LED lemputėse.
Ar fotonams turime būtų dėkingi ir už skaitmenines nuotraukas?
P. B.: Tikra tiesa. Fotonikos prietaisai leidžia ne tik parodyti vaizdus, bet ir juos užfiksuoti. Kiekvieno paauglio telefone yra fotoaparatas, galintis užfiksuoti aukštos rezoliucijos asmenukę, parodyti to paties telefono ekrane. Tuo metu anksčiau, kad išgautum nuotrauką, tekdavo pasitelkti chemikalus ir valandų valandas dirbti tamsiame kambarėlyje su spingsančia raudona lempute. Nuotrauka būdavo nespalvota. Dažnai apskritai nesigaudavo. Fotonika tai pakeitė.
M. V.: Jei asmenukę norime parodyti Airijoje gyvenančiai močiutei, vėl gelbėja fotonai. Informacijos greitkelis, interneto stuburas – tai aibė stiklo skaidulų, plonesnių už žmogaus plauką, kuriomis sklinda šviesos žybsniukai: šviesu – vienetas, tamsu – nulis. Fotonikos prietaisai abiejuose stiklo žarnos galuose tuos žybsniukus verčia elektriniais signalais ir siunčia nuotrauką į močiutės i-pad‘o ekraną.
Fotonai, minėjote, yra šviesos dalelės. Kaip jos pagaunamos ir panaudojamos mūsų reikmėms?
P. B.: Per porą valandų Saulė į Žemę prišviečia tiek energijos, kiek žmonija suvartoja per visus metus. Fotovoltiniai elementai arba saulės baterijos – tai būdas pagauti fotonus, kuriais mus nuolat apšaudo Saulė, ir paversti elektra.
M. V.: Elektra – naudingas dalykas: ją panaudojus galima atvėsinti kambarį ar bent jau gėrimą šaldytuve. Fotonų veikimu paremti prietaisai, gaminantys energiją kosmose skriejantiems palydovams. Tai jie maitina energija mūsų GPS navigatorius, palydovinės televizijos imtuvus.
Kol kas dar negalime Saulės energijos panaudoti taip pigiai ir našiai kaip augalai. Jie, tarkime, piktžolės, fiksuoja Saulės energiją taip pat gerai ar dar efektyviau nei geriausi fotovoltiniai elementai. Bet pamažu judame ta linkme.
Teko girdėti, kad fotonikos prietaisai pritaikomi medicinoje. Kokiose dar srityse jie naudojami?
P. B.: Visose, kuriose šviesa yra nepamainomas tyrimų įrankis. Labai svarbu, kad šviesa nekenkia: apšviestas daiktas paprastai negenda. Todėl visose žmonių veiklos srityse knibždėte knibžda įvairių optinių jutiklių. Naftos pramonėje jie padeda ištirti gręžinius ir išgautos naftos sudėtį, chemijoje – nustatyti mikroskopinius medžiagų kiekius, medicinoje endoskopai padeda aptikti ligos židinius be chirurginės intervencijos, o panaudojant fotodinaminę terapiją ir juos išgydyti.
M. V.: Naudodamiesi optiniais mikroskopais medikai ir mokslininkai tyrinėja ląsteles ir bando suprasti, kaip jos veikia, ieško naujų ligos gydymo būdų. Beje, šiemet chemijos Nobelio premija paskirta už optinės mikroskopijos metodų, leidžiančių pamatyti daug mažesnius už šviesos bangos ilgį objektus, sukūrimą, taigi fotonikos specialistams antroji Nobelio premija šiemet.
O kaip lazeriai? Jie taip pat buvo išrasti ir pritaikyti suvokus fotonų prigimtį.
P. B.: Lazeriai yra fotonikos prietaisų pasaulio sunkiasvoriai. Tai savotiški žibintai, kurių kuriama šviesa yra valdoma tiksliausiai. Kontroliuojama viskas: spalva (dažnis), poliarizacija (elektrinio lauko virpėjimo kryptis), intensyvumas, kryptingumas, žybsnio trukmė ir t. t.
Lazeriai irgi kantriai visur darbuojasi: pjausto skardas automobilių kėbulams, gręžia skylutes kuro purkštukuose, formuoja vaizdą lazeriniuose spausdintuvuose, taiso regėjimo ydas oftalmologinės chirurgijos kabinetuose, nuskaito prekių brūkšninį kodą parduotuvėse, padeda policininkams sugauti greitį viršijančius pažeidėjus, perskaito informaciją iš CD ir DVD diskų. Koncertuose lazerių šviesos efektai sukuria užburiančių vaizdų šokį.
Kaip siūlote švęsti fotonikos dieną?
M. V.: Šviesa, manipuliavimas ja ir jos panaudojimas pakeitė žmonių gyvenimą. Mus supa milijonai prietaisų, keičiančių šviesą į elektrą, elektrą į šviesą ar šviesą į kitokią šviesą. Jie daro tai kiekvieną dieną ir be jų mūsų visų gyvenimas būtų tamsesnis. Galbūt tai, kad fotonika pakeitė mūsų gyvenimą į geresnę pusę ir padeda mums pažinti pasaulį, ir yra svarbiausias dalykas. Todėl fotonikos dienos geriausia visai nešvęsti, nes kiekviena mūsų diena yra fotonikos diena (šypsosi – red. pastaba).
