Mezinárodní rok světla 2015

Vedle takových živlů, jako je vítr, voda a oheň, je světlo dalším základním faktorem, který vytváří lidský život na naší planetě. Je proto třeba přivítat, že příští rok bude zasvěcen právě jemu!

Proč právě příští rok?

Valné shromáždění Organizace spojených národů vyhlásilo rok 2015 za Mezinárodní rok světla a technologií založených na světle, a to po celosvětové iniciativě vědeckých a vzdělávacích institucí, UNESCO, neziskových organizací a sdružení, technologických platforem a komerčních subjektů.

Tomu odpovídá i značná prestiž celého projektu. V roce 2015 si totiž mimo jiné připomeneme významná výročí vědeckých objevů na poli bádání o světle – od prvních studií o optice před 1 000 lety po vynálezy v oblasti optických komunikací, které dnes „pohánějí“ internet. 

 

 

Připomeňme si, že už v roce 1015 napsal arabský učenec Ibn Al Haythem sedmidílný vědecký spis známý pod názvem Kitab al-Manazir neboli Kniha optiky. První tři díly jsou věnovány fyziologii oka a teorii zrakového vjemu, další čtyři svazky pojednávají o fyzikální optice. Význam díla pro vývoj optiky je nezměrný – ve své práci autor např. vyvrací do té doby obecně přijímaný mýtus, že světlo putující z lidského oka ozařuje předměty, a naopak potvrzuje, že světlo se ve skutečnosti odráží od předmětu do lidského oka.

V roce 1815 zavedl Augustin Jean Fresnel pojem vlnová povaha světla a v roce 1865 dokázal James Clerk Maxwell, že světelné vlnění není vlněním éteru, jak se do té doby soudilo, ale že jde o zvláštní případ vlnění elektromagnetického.

Právě před sto lety popsal Albert Einstein světlo v prostoru a čase.

A ještě se připomíná rok 1965, kdy Charles Kuen Kao (fyzik narozený v Šanghaji, jenž má čínské, americké a britské občanství) zahájil svůj výzkum v oblasti optických vlastností skleněných vláken. Nobelův výbor jeho volbu k udělení ceny v roce 2009 zdůvodnil takto: „Dnes více než miliarda kilometrů optických vláken po celém světě vytváří páteř moderních globálních telekomunikací. Text, hudba, obrázky a videa mohou být šířeny po zeměkouli ve zlomku sekundy.“ Jeho výzkum je jedním ze základů moderních komunikačních sítí, včetně vysokorychlostního internetu.

 

Jaké je poslání?

OSN a další instituce chtějí lidem připomenout významnou úlohu světla a optických technologií v každodenním životě a při budoucím rozvoji. Mezinárodní rok světla 2015 bude zahájen slavnostní ceremonií 19. a 20. Ledna v Paříži. Aktivity jsou plánovány po celý rok 2015 také v České republice.

Podrobnosti přineseme v dalších vydáních. Již dnes je jisté, že se budou konat dny otevřených dveří v zajímavých institucích, přednášky, výstavy, promítání a také soutěže.

Koordinátorem akcí v České republice je výbor, v jehož čele stojí prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D., z Ústavu přístrojové techniky AV ČR v Brně.

Tažný paprsek existuje

Volba koordinátora jistě nebyla náhodná. Právě za jeho vedení prokázali brněnští vědci z Ústavu přístrojové techniky Akademie věd ČR, že tažný paprsek, známý např. z filmových sci-fi Star Trek nebo Hvězdné války, skutečně funguje.

Jejich článek o experimentálním potvrzení tohoto principu zveřejnil prestižní vědecký časopis Nature Photonics a později byla práce tohoto týmu oceněna Cenou Wernera Siemense jako nejvýznamnější výsledek českého základního výzkumu v loňském roce.

Tažný paprsek (tractor beam) se ve vědeckofantastických dílech objevuje již od 20. let minulého století. Pro zjednodušenou představu si lze vybavit loď Enterprise, jak paprskem světla do svých útrob doslova nasává objekty či osoby. Až doposud šlo o pouhé sci-fi, ač věda tento princip teoreticky připouštěla.

„Zatímco princip, kdy laserové světlo před sebou tlačí objekty, je dobře známý a již ve vesmíru testovaný zejména jako levný pohon slunečních plachetnic, my jsme v mikrosvětě prokázali opačný princip. Tedy že laserový svazek, který má neměnnou intenzitu v ose šíření, dokáže pohybovat částicemi i proti směru šíření světla, doslova tyto částice přitahuje ke zdroji světla,“ vysvětluje prof. Pavel Zemánek.

Tím však úspěch jeho týmu nekončí – experiment také prokázal, že proud fotonů v laserovém světle dokáže objekty nejen přitahovat, ale také samovolně třídit a organizovat.

 

„Ukázali jsme, že tímto systémem lze objekty různé velikosti třídit a že se tyto objekty ve světle spontánně uspořádají a vytvoří takzvanou opticky vázanou hmotu. Částice takové hmoty na sebe vzájemně silově působí kombinovaným účinkem rozptýleného a dopadajícího světla a vytvářejí struktury různých tvarů. Kromě řetízků z částic mohou vzniknout různé rovinné či prostorové útvary. My jsme navíc ukázali, že tyto struktury se dají do samovolného pohybu obráceným směrem, než se pohybují jednotlivé částice, ze kterých jsou složeny,“ dodává prof. Zemánek. Takto lze rozpohybovat objekty o velikosti jednotek mikrometrů, tedy včetně živých mikroorganismů, volných buněk či jejich shluků.

Využití v praxi blízké budoucnosti se rýsuje především v biologii a medicíně, např. při třídění různých druhů bakterií nebo buněk přímo v optickém mikroskopu. Vzdálenější vizí jsou např. mikroroboti, kteří se zapnutím světla sami poskládají a sami se přepraví do místa určení. Budoucích aplikací je spousta a tato problematika patrně přitáhne pozornost mnoha vědců.

„Sestavu, na které jsme realizovali experimenty a prokázali existenci tažného paprsku, si dokáže sestavit doslova každý a lze ji jednoduše implementovat na jakýkoliv optický mikroskop. Kolegům po celém světě se tak otevírá možnost studovat tento jev bez nutnosti velkých finančních investic,“ říká další člen týmu Dr. Oto Brzobohatý a věří, že výzkum využívající tažný paprsek se rozběhne s velkou intenzitou.

V následujících letech se výzkumný tým soustředí na sestavování a dopravu funkčních mikrostruktur s využitím světelného tažného svazku a na využití mechanických účinků světla ke chlazení a zachytávání nanočástic.

Pro zdraví a duševní pohodu

OSN prohlásila rok 2015 Mezinárodním rokem světla také s cílem upozornit na pozitivní vliv světla na lidské zdraví a duševní pohodu. Umělé sluneční světlo je teplé a přímé a objekty jsou díky němu výraznější a barevnější, což dodává domácím i veřejným prostorám útulnější a příjemnější vzhled. Hra světla a stínu mění objem a tvar vnitřních prostor a ovlivňuje způsob, jakým lidé přistupují ke svému okolí.

Představte si, že sedíte v pokoji bez oken, a přesto máte pocit, že vám do obličeje svítí slunce. Tento jedinečný zážitek je nyní reálný díky projektu COELUX, financovanému z fondů Evropské unie. Tato technika obnovuje fyzické a optické vlastnosti přírodního světla tak, že napodobuje rozptyl a průchod slunečního záření atmosférou. Je dokázáno, že tento jev má pozitivní vliv na pohodlí a duševní pohodu v uzavřených a podzemních prostorách.

Díky propojení úsporných LED zdrojů, optického systému využívajícího nanostrukturované materiály a „high-tech“ okenního systému má COELUX potenciál stát se převratnou inovací v oblasti osvětlení a designu a zároveň výrazně zlepšit kvalitu života. „S technikou COELUX si můžete užívat slunečního svitu kdykoliv a kdekoliv,“ řekl prof. Paolo di Trapani, koordinátor projektu a fyzik na univerzitě Insubria v Comu v Itálii, který se již deset let věnuje výzkumu, jehož cílem je napodobit přírodní světlo. „Stejně jako je obtížné vystihnout vůni parfému nebo barvu tropického slunce, nelze jednoznačně popsat ani povzbuzující účinky osvětlení COELUX, které navozuje pocit neomezeného prostoru. V průběhu projektu se podařilo dokázat, že dokonce i osoby trpící klaustrofobií se vlivem světla COELUX cítí šťastně a uvolněně, přestože se delší dobu nacházejí v malém prostoru bez oken.“ Tuto techniku vlastní organizace CoeLux Srl, spadající pod zmíněnou univerzitu.

Využitím techniky COELUX pro rozptyl světla budou mít užitek všichni, kdo nemají dostatečný přístup ke slunečnímu svitu. Projekt byl zaměřen především na oblast zdravotní péče, ale systém lze bez problémů využívat v obchodech, pohostinství, muzeích, na letištích, v podzemní dopravě, v lázních, sportovních centrech, kinech i v pracovním a průmyslovém prostředí. Pro lidi pracující nebo žijící v podzemních prostorách, ať už z důvodu omezeného prostoru nebo extrémních klimatických podmínek (např. v Kanadě či Spojených arabských emirátech), bude obrovským přínosem. Totéž platí o obyvatelích v oblastech nejdále od rovníku, blízko Arktidy a Antarktidy, kteří se musí vyrovnávat s dlouhým obdobím nedostatku slunečního záření.

Světový trh s osvětlovací technikou má podle odhadů hodnotu 58 miliard eur. Výzkumný projekt COELUX obdržel od Evropské unie příspěvek ve výši 2,5 milionu eur v rámci 7. rámcového programu.

Jako nový umělecký prvek

Světlo inspiruje umělce od dávnověku, ale nyní ve spojení s nejmodernější technikou se jim v rukou stává virtuózním nástrojem. Ale o tom příště ... 

 

e-mail: roksvetla@gmail.com 
webové stránky: www.roksvetla.cz