34. Zastavujeme světlo
Většina lidí má v povědomí, že se světlo šíří extrémně vysokou rychlostí, kterou nelze žádným způsobem překonat. Toto tvrzení se ale vztahuje jen k přenosu informace a rychlost, o které se hovoří, je rychlostí světla ve vakuu. Tato rychlost je přibližně 300 000 kilometrů za sekundu. K Měsíci letí světlo něco málo přes jednu sekundu, ke Slunci 8 minut, k Neptunu 4 hodiny a k nejbližší hvězdě po Slunci 4 roky.
Pokud se světlo šíří prostředím, pohybuje se pomaleji. Ve vodě je jeho rychlost o třetinu pomalejší než ve vakuu, tj. pouze 230 000 km/s a v diamantu je světlo dokonce 2,5krát pomalejší než ve vakuu, šíří se rychlostí jen 120 000 km/s. Při tak pomalé rychlosti se světelný paprsek na všech plochách láme pod velkým úhlem a diamant se proto leskne velmi zvláštním a pro mnoho lidí přitažlivým způsobem. Přírodní látky, ve kterých se světlo šíří takto pomalu jsou na Zemi nesmírně vzácné. Existují ale uměle připravená prostředí, ve kterých se světlo může šířit ještě pomaleji.
Na konci 20. století se na několika pracovištích podařilo vytvořit umělá prostředí, ve kterých se světlo některých vlnových délek šířilo mimořádně pomalu. Šlo o sodíkové, rubidiové nebo césiové páry, ve kterých se obsazení hladin v atomárním obalu řídilo za pomoci laserového paprsku. Páry byly pro světlo průhledné jen tehdy, když byl laser zapnutý. Tomuto jevu říkáme elektricky navozená průhlednost. Rychlost světla při něm velmi silně závisí na vlnové délce a světelný impulz se prostředím s elektricky navozenou průhledností šíří velmi pomalu. U pulzu vstupujícího do prostředí se nejprve zpomaluje čelo pulzu. Pulz je prostorově stlačován. Z pulzu, který by ve vakuu měl kilometrové rozměry, se stane pulz o rozměrech několik setin milimetru. V roce 1999 se podařilo touto technologií zpomalit světlo na pouhých 17 m/s, což je rychlost menší než má průměrně jedoucí cyklista. Netrvalo dlouho a světlo se podařilo dokonce zpomalit na rychlost chodce.
V roce 2001 se doktorce Lene Hauové z Harvardské univerzity a z
Rowlandova ústavu v Cambridgi podařil husarský kousek. Jako prostředí pro
šíření světla použila sodíkové atomy ochlazené na teplotu několika desítek
mikrokelvinů. Oblak atomů byl držen ve vakuové komoře za pomoci speciální
magnetické pasti. Samotný oblak sodíkových atomů byl sledován zobrazovacím
laserem, stín obláčku dopadal na CCD kameru. Tvar sledovaného pulzu byl
monitorován fotonásobičem a CCD kamerou. Další, tzv. řídící laser sloužil k
tomu, aby navodil průhlednost oblaku pro sledovaný pulz. Jeho intenzita
ovlivňovala nejenom průhlednost sodíkových par, ale i rychlost impulzu,
který jimi procházel. Při krátkodobém vypnutí řídícího laseru se světlo
zastavilo a po opětovném zapnutí laseru se světelný impulz znova objevil a
pokračoval ve své cestě prostředím.
Poprvé se tak podařilo zastavit
světlo. Nepředstavujte si ale, že bychom si mohli zastavené světlo
prohlédnout a podívat se, jak vypadá. Možná by bylo přesnější říct, že
světelný impulz na chvíli zmizel. Informace o něm ale zůstala zakódována v
polohách jednotlivých elektronů a v orientaci jejich spinů v sodíkových
parách. Po opětovném zapnutí řídícího laseru se v látce objevila kopie
původního impulzu a pokračovala v cestě dál.
Neskutečné se stalo skutečností. Na zlomek milisekundy se podařilo zastavit světlo. Obdobný pokus na Harvardu nezávisle provedl Ronald Walsworth na parách rubidia a na Massachusettském technologickém institutu Alexej Turukhin v pevné látce.
Těžko můžeme v tuto chvíli odhadnout význam experimentů se zpomalováním a zastavováním světla. Současný bouřlivý rozmach optických komunikací trpí nutností optické signály převádět před dalším zpracováním na elektrické. Možnost na chvíli světlo zaznamenat do spinové struktury látky a poté ho řízeně opět uvolnit může přinést další rozmach optických komunikací. Využití ve výpočetní technice může být obrovské. Zpomalení světla v silně disperzním prostředí na rychlost chůze člověka povede jistě v brzké době k mnoha aplikacím. Zajímavé budou i reakce filosofů a pseudofilosofů, pro něž bylo světlo po staletí mýtickým a těžko uchopitelným fenoménem. Nyní ho lidstvo dokáže nejenom zpomalit, ale dokonce i zastavit.