لقد درس العلماء دائمًا إمكانية وجود ضوء لقوة دافعة تقاس بمزيج من الكتلة والسرعة. لكن يقال إن الفوتونات أو جزيئات الضوء لا تعد ولا تحصى ، وأن سر قوتها المولدة لا يزال غامضا إلى حد كبير.
ويمكن أن تساعد تقنية جديدة مبتكرة على حل اللغز الذي يبلغ عمره 150 عاما، باستخدام أجهزة استشعار صوتية للاستماع إلى الموجات المرنة من نبضات الليزر التي تنتقل عبر المرآة.
ولأول مرة عام 1619، اقترح عالم الفلك الألماني، يوهانس كيبلر، أن الضغط الناجم عن أشعة الشمس يمكن أن يكون مسؤولا عن ذيل المذنب الذي يبتعد دائما عن الشمس.
وبعد مرور أكثر من 200 عام، تنبأ جيمس كلارك ماكسويل، بأن ضغط الإشعاع كان نتيجة للزخم في المجالات الكهرومغناطيسية للضوء. ولكن منذ ذلك الحين، يناضل العلماء لشرح كيفية عمل هذه الظاهرة.
وبهذا الصدد، قال كينيث تشاو، أستاذ الهندسة في جامعة بريتيش كولومبيا، Okanagan Campus: “حتى الآن، لم نقرر كيف تم تحويل هذا الزخم إلى قوة أو حركة. ونظرا لأن مقدار الزخم الذي يحمله الضوء صغير جدا، لم يكن لدينا أجهزة حساسة بما يكفي لحل هذه المشكلة”.
وابتكر الباحث وزملاؤه من سلوفينيا والبرازيل، نظاما جديدا لقياس التفاعلات الضعيفة بين فوتونات الضوء. وقام الفريق ببناء مرآة مزودة بأجهزة استشعار صوتية ودرع حرارية، لتقليل التشويش والضوضاء الخلفية.
ثم أطلقوا نبضات ليزر على السطح واستخدموا مستشعرات الصوت لاكتشاف الموجات المرنة أثناء تنقلها. ويشير العلماء إلى أن هذا التأثير يشبه إلى حد كبير مشاهدة التموجات المنتشرة عبر بركة مائية.
ويقول تشاو: “لا يمكننا قياس زخم الفوتون مباشرة، لذلك اعتمد نهجنا على اكتشاف تأثيره على المرآة من خلال (الإصغاء) إلى الموجات المرنة المتنقلة عبره. وتمكنا من تتبع تلك الموجات بالاعتماد على الزخم القابع في نبض الضوء نفسه، والذي يفتح الباب أمام تحديد كيفية وجود زخم الضوء داخل المواد”.
ويقول العلماء إن الاكتشاف الجديد يمكن أن يصبح في النهاية خطوة هامة نحو فهم زخم الضوء. كما أن فهم ضغط الإشعاع، يمكن أن يؤدي إلى عدد من التطبيقات المتطورة.
وأوضح تشاو بالقول: “تخيل السفر إلى نجوم بعيدة على متن يخوت عابرة تعمل بأشرعة شمسية. إن هذا الاكتشاف يعد خطوة مهمة وأنا متحمس لرؤية إلى أين سيأخذنا في المستقبل”.