Vojnics Fanni: Egy kiérdemelt év a fénynek

Éltetőnk a fény: a Földön zajló felszíni és légköri folyamatok, valamint az élőlények alapszintű anyagcsere-folyamatai mind-mind a Napból érkező sugárzásnak köszönhetően működnek. A Fény Nemzetközi Éve kapcsán eredtünk a fény nyomába.

Amikor köznapi értelemben fényről beszélünk, akkor alapvetően a szemünkkel látható fényre gondolunk – ez azonban csak egy nagyon keskeny tartománya az ún. elektromágneses sugárzásnak – magyarázta Szalai Tamás csillagász, a Szegedi Tudományegyetem Optikai és Kvantumelektronikai Tanszék tudományos munkatársa.

Hullámjelenség

Kis fizikaóra: a (látható) fényre általánosságban véve ugyanazok a tulajdonságok érvényesek, mint bármely más (akár röntgen-, infravörös, vagy rádiótartományba eső) elektromágneses sugárzásra: hullámok formájában terjed, ezeket a hullámjelenségeket (például elhajlás, interferencia) egyszerű kísérletekkel lehet szemléltetni – tette hozzá a szakember. Az elektromágneses sugárzás (fény) atomi szintű energia-felszabadulási folyamatok során keletkezik. Az így létrejövő sugárzás egyes jellemzőit az határozza meg, hogy mekkora energiájú a keletkező „energiacsomag” (azaz foton); a hullámhossz pedig ezzel az energiával fordítottan arányos. Van azonban egy fontos jellemző, ami hullámhosszfüggetlen: ez a vákuumbeli fénysebesség, ami egyike az ismert univerzális fizikai állandóknak – fejtegette Szalai Tamás.

Éltető

A növények, valamint az egyszerűbb életformák egy része közvetlenül hasznosítja a napenergiát, míg a fejlettebb élőlények közvetett módon, táplálékbevitellel jutnak energiához. A Napból érkező energia nélkül bolygónk egy fagyos, „halott” világ lenne, hasonlóan a Naprendszer külső tartományaiban lévő égitestekhez. Azt is megtudtuk, hogy ugyanakkor ismerünk olyan mélytengeri és egyéb szélsőségtűrő (ún. extremofil) élőlényeket, amelyek teljes sötétségben is életképesek, például tengerfenéki hőforrások kémiai energiájának hasznosításával. „Tehát valamilyen szintű élet akár fény nélkül is elképzelhető, de komplex ökoszisztéma kialakulásához mindenképp szükség van fényre. Ha egyszer hirtelen megszűnne a napenergia áramlása a bolygónkra, akkor valamilyen technológiai módszerrel egy ideig valószínűleg életben maradhatna az emberiség, de reméljük, hogy ilyen, posztapokaliptikus kihívásokkal a közeljövőben nem kell szembenéznünk...” – fogalmazott a csillagász.

A fény elárulja

A szakember arról is beszélt, hogy a csillagászati információszerzés 99%-a jelenleg valamilyen elektromágneses sugárzás detektálásán alapul (legyen szó szemmel való vizsgálódásokról, vagy CCD-kamerákkal készített felvételekről). Azért „csak” 99%, mert léteznek nem elektromágneses jellegű források is, mint a neutrínók vagy a gravitációs hullámok (igaz, utóbbiak közvetlen észlelése még várat magára). A jövőben ez utóbbi területek aránya várhatóan növekedni fog, de a fény érzékelése és vizsgálata mindig is központi szerepet fog betölteni a csillagászatban – tette hozzá Szalai Tamás.

Megtudtuk: a látható fény szempontjából a legjelentősebb fényforrások a csillagok. Egy Napunkhoz hasonló csillag évmilliárdokon keresztül folyamatosan csaknem 1027 (milliárdszor milliárdszor milliárd) watt teljesítménnyel „világít”. Ha éjszaka felnézünk az égre, akkor láthatjuk a Holdat és esetleg fényes bolygókat is, de ezek mind a Nap fényét tükrözik vissza.

A sötét energia

„A Világegyetemnek vannak ugyanakkor olyan alkotóelemei is, amelyek látható fényben szinte észrevehetetlenek, de más tartományban jelentős mennyiségű sugárzást bocsátanak ki: a csillagközi por például az infravörös, míg a Nap külső légkörében vagy a csillagok közötti térrészben lévő forró, ritka gáz röntgentartományban „fénylik”. Ha pedig mikrohullámú (kb. 0,5-1 mm hullámhossz) tartományban érzékeny detektorunk van, azzal egy, az egész égboltot betöltő, közel homogén sugárzást rögzíthetünk – ez az Ősrobbanás nyomaként a mai napig észlelhető kozmikus háttérsugárzás” – sorolta a csillagász.
A szakember azt is elárulta, mindezzel együtt az utóbbi egy-két évtized komoly fejleménye, hogy Világegyetemünket valószínűleg csaknem 95%-ban elektromágneses sugárzást egyáltalán nem kibocsátó „anyag” (sötét anyag, illetve sötét energia) alkothatja, így a csillagászok következő generációinak új utakat kell keresniük ezen összetevő tanulmányozásához.

Amikor túl sok a fény

Manapság egyre többet lehet hallani nem csak a környezettudatosságról és az ésszerű energiagazdálkodásról, hanem a fényszennyezésről is. A nagyvárosok óriási mennyiségben ontják magukból a mesterséges fényt, égre irányított reflektorok, ésszerűtlen épület-megvilágítások borítják fénybe az éjjeli égboltot. „Hogy mennyire komoly probléma a fényszennyezés, azt mindenki megtapasztalhatja, ha eltölt egy derült éjszakát a szabad ég alatt egy réten vagy egy tóparton, és összehasonlítja a látványt a lakóhelyéről elérhetővel...” – fogalmazott Szalai Tamás. Hozzátette: a nagyvárosokban valószínűleg számos olyan ember él, aki szabad szemmel még sosem látott csillagos égboltot... A magas épületek folyamatos, erős kivilágítása azonban nemcsak az égbolt látványának hiánya miatt okoz veszteséget: a környék élőlényeinek bioritmusa teljesen felborul, az éjszaka aktív rovarok és madarak pedig teljesen elveszthetik tájékozódóképességüket, gyakran nekirepülve a hatalmas fénytornyoknak. Egy átlagos felhőkarcoló például évente több ezer „áldozatot” szed – tudtuk meg a csillagásztól. Emellett orvosilag igazolt tény, hogy az emberi szervezetre is rendkívül káros hatással van az alvási időszakban bennünket érő mesterséges fény – fűzte hozzá.
Bár több országban – így hazánkban is – már törvényi szabályozás is készült a fényszennyezés visszaszorítására, egyelőre a folyamat növekvő tendenciát mutat. „A társadalomnak be kellene látnia, hogy az épületek rossz filozófiával kivitelezett, káros és pazarló kivilágítását ne célnak, hanem megszüntetendő veszélyforrásnak tekintse” – hívta fel a figyelmet a szakember.

Lézer

És ha már fény, akkor essen szó egy különleges fényről, a lézerről is. A lézerfény nagyon egyedi tulajdonságokkal bír. Egyrészt nagyon keskeny sávban (egy színben) sugárzódik ki, míg a „normál” fényforrások színképe ennél jóval szélesebb tartományra terjed ki – tudtuk meg a szakembertől. Másrészt nagy energiájú, de nagyon rövid (akár 10-15 s-nál rövidebb) időtartamú lézerimpulzusokat nagyon kis felületre lehet koncentrálni, hatalmas energiasűrűséget és pillanatnyi teljesítményt elérve. Harmadrészt, a lézernyaláb széttartása nagyon kicsi. Ezen tulajdonságok összessége azt eredményezi, hogy lézerfénnyel speciális jelátviteli, anyag-megmunkálási és vizsgálati eljárások végezhetők, amelyek közül néhány a jelenlegi csúcstechnológiát képviseli (atomi szintű gyorsfényképezés, lézeres részecskegyorsítás stb.), de részben a mindennapi környezetünkben is jelen vannak (CD- és vonalkódolvasók, autóipari vágólézerek, orvosi alkalmazások stb.).

Fejlődésben

Szalai Tamás úgy véli, a fény igazán kiérdemelt már egy saját nemzetközi évet, ami csak róla szól. Egyrészt azért, mert a világunkat (legyen szó az Univerzumról vagy a mindennapi környezetünkről) folyamatosan kitölti az elektromágneses sugárzás valamilyen formája, így az életünket több szempontból is „áthatja” a fény. Másrészt az utóbbi évtizedekben hihetetlen ütemben terjedtek el a fényt kibocsátó, vezető vagy detektáló eszközök, amelyek folyamatos fejlődése számos területen szembeötlő (mesterséges fényforrások, optikai szálak, kamerák stb.). A fénnyel kapcsolatos technológiai fejlesztések alkotják jelenleg a világ egyik vezető iparágát, a fotonikát.

Fotók: Rácz Zsanett és Terjék Netta