Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Технологиялық құрылғы
Technological device
Тарту сәулесі – бір затты екіншісіне қашықтықтан тарта алатын құрылғы. Бұл ұғым көркем әдебиетте пайда болған: бұл терминді Э. Э. Смит өзінің "Spacehounds of IPC" (1931) романында (оның бұрынғы "тартулы сәулесінің жаңартылған нұсқасы) енгізген. 1990 жылдардан бері технология мен зерттеулер оны іске асыруға тырысып, микроскопиялық деңгейде біршама табысқа қол жеткізді. Кем түсетін жағдайларда, кері итеруге қабілетті ұқсас сәулелер прессорлық сәуле немесе итергіш сәуле деп аталады. Гравитациялық импульс және гравитациялық жылдамдату сәулелері – бұл тракторлық және итергіш сәулелер ұғымдарымен үйлесетін, дәстүрлі түрде маргиналды физиканың зерттеу салалары болып табылады.
A tractor beam is a device that can attract one object to another from a distance. The concept originates in fiction: The term was coined by E. E. Smith (an update of his earlier "attractor beam") in his novel Spacehounds of IPC (1931). Since the 1990s, technology and research have labored to make it a reality, and have had some success on a microscopic level. Less commonly, a similar beam that repels is known as a pressor beam or repulsor beam. Gravity impulse and gravity propulsion beams are traditionally areas of research from fringe physics that coincide with the concepts of tractor and repulsor beams.
1960 жылдар
1960 жылдың шілдесінде «Миссильдер мен зымырандар» журналы Сан-Диегодағы «Райан Аэронаутика» компаниясының Электроника бөлімінің аға ғылыми-зерттеуші инженері Мартин Н. Капланның жүргізген зерттеулері одан да кең ауқымды зерттеу бағдарламасын жоспарлауға негіз болғанын хабарлады. Мақалада мұндай бағдарлама сәтті аяқталған жағдайда «шектелген» немесе «жалпы» нәтижелер беретіні көрсетілген. «Шектелген» нәтижелер екінші бір денеге қарсы гравитациялық күшті бағыттап, оған жақындатуға немесе алыстатуға мүмкіндік беретін қабілет ретінде сипатталды. 1964 жылы Копенгаген физиктері Л. Халперн, Университеттің Теориялық физика институты және Б. Лоран, Солтүстік теориялық атом физика институты, жалпы салыстырмалылық теориясы мен кванттық теорияның гравитондарды ЛАЗЕР сияқты генерациялауға және күшейтуге мүмкіндік беретінін көрсетті. Олар, теориялық тұрғыда, гравитациялық сәулеленуді гравитон сәулесі түрінде, индукцияланған резонанстық эмиссияны пайдалану арқылы генерациялап, күшейтуге болатынын көрсетті.
In July 1960, Missiles and Rockets reported Martin N. Kaplan, Senior Research Engineer, Electronics Division, Ryan Aeronautical Company, San Diego, had conducted experiments that justified planning for a more comprehensive research program. The article indicated such a program, if successful, would yield either "restricted" or "general" results. It described the "restricted" results as an ability to direct an anti gravitational force toward or away from a second body. In 1964, Copenhagen physicists, L. Halpern, Universitetets Institut for Teoretisk Fysik, and B. Laurent, Nordisk Institut for Teoretisk Atomfysik, indicated general relativity theory and quantum theory allowed the generation and amplification of gravitons in a manner like the LASER. They showed, in principle, gravitational radiation in the form of a beam of gravitons could be generated and amplified by using induced, resonant emissions.
1990 жылдар
1992 жылы химия ғылымының ресейлік профессоры Евгений Подклетнов пен Финляндияның Тампере қаласындағы Тампере технологиялық университетінің профессоры Нийменен электромагниттік түрде левитацияланған, ірі, композиттік суперөткізгіш дискінің үстіндегі заттардың салмағындағы ауытқуларды анықтады. Үш жыл өткен соң Подклетнов тороид тәрізді дискілі суперөткізгішпен қосымша тәжірибелердің нәтижелерін жариялады. Олар сынамалардың салмағы суперөткізгіштің бұрыштық жылдамдығы артқан сайын -2,5% және +5,4% аралығында ауытқуы мүмкін екенін хабарлады. Дискінің бұрыштық жылдамдықтары мен электромагниттік жиіліктерінің белгілі бір комбинациялары ауытқулардың 0,3% төмендеуіне әкелді. Тороид тәрізді дискпен жүргізілген тәжірибелер 1,9–2,1% дейін салмақ азайтуға мүмкіндік берді. Екі тәжірибе бойынша алынған мәліметтерге сәйкес, салмақ жоғалту аймағы цилиндр пішіндес және дискінің үстінен кем дегенде үш метрге дейін тік созылады. 1995 жылдың күзінде қорғаныш аймағының шекарасындағы итергіш күштің сапалық байқаулары туралы хабарланды. Италиялық физик Джованни Моданезе, Макс Планк физика институтындағы Гумбольдт стипендиаты ретінде, Подклетновтың байқауларына теориялық түсіндірме беруге алғашқы тырысты. Ол қалқандау эффектісін және қоршалған аймақтың шекарасындағы шағын итергіш күшті жергілікті космологиялық тұрақтыдағы туындаған өзгерістермен түсіндіруге болатынын дәлелдеді. Моданезе суперөткізгіштегі жергілікті космологиялық тұрақтыға енгізілген өзгерістерге жауап ретінде туындайтын бірнеше эффектілерді сипаттады. Қытайдың Пекин қаласындағы Жоғары Энергия Физикасы институтының профессоры Нинг Ву 2001 жылы жасаған гравитацияның кванттық өлшегіш теориясын қолданып, Подклетновтың байқауларын түсіндірді. Вудың теориясы салыстырмалы гравитациялық жоғалтуды 0,03% деп бағалады (хабарланған 0,3–0,5% диапазонынан бір рет кіші). Әлемнің әртүрлі елдеріндегі бірнеше топтар Подклетновтың гравитациялық қалқандау байқауларын қайталауға тырысты. Үндістанның Бомбей қаласындағы Тата Фундаментальдық Зерттеулер институтының профессоры С.С. Унникришан, егер бұл эффект гравитациялық қалқандаудан туындаса, қалқандалған аймақтың пішіні гравитациялық қалқаннан түскен көлеңкеге ұқсас болатынын көрсетті. Мысалы, дискінің үстіндегі қалқандалған аймақтың пішіні конус тәрізді болар еді. Конустың биіктігі дискінің жер бетінен қанша биіктікте орналасқанына тікелей байланысты болар еді. Подклетнов пен Нийменен салмақ жоғалту аймағының пішінін криостаттан жоғары созылған цилиндр ретінде сипаттады.
In 1992, Russian Professor of Chemistry, Yevgeny Podkletnov, and Nieminen, Tampere University of Technology, Tampere, Finland, discovered weight fluctuations in objects above an electromagnetically levitated, massive, composite superconducting disk. Three years later, Podkletnov reported the results of additional experiments with a toroidal disk superconductor. They reported the weight of the samples would fluctuate between −2.5% and +5.4% as the angular speed of the superconductor increased. Certain combinations of disk angular speeds and electromagnetic frequencies caused the fluctuations to stabilize at a 0.3% reduction. The experiments with the toroidal disk yielded reductions that reached a maximum of 1.9–2.1%. Reports about both sets of experiments stated the weight loss region was cylindrical, extending vertically for at least three meters above the disk. Qualitative observations of an expulsive force at the border of the shielded zone were reported in the Fall of 1995. Italian physicist Giovanni Modanese, while a Von Humboldt Fellow at the Max Planck Institute for Physics, made the first attempt to provide a theoretical explanation of Podkletnov's observations. He argued the shielding effect and slight expulsive force at the border of the shielded zone could be explained in terms of induced changes in the local cosmological constant. Modanese described several effects regarding responses to modifications to the local cosmological constant within the superconductor. Ning Wu, Institute of High Energy Physics, Beijing, China, used the quantum gauge theory of gravity he had developed in 2001 to explain Podkletnov's observations. Wu's theory approximated the relative gravity loss as 0.03% (an order of magnitude smaller than the reported range of 0.3–0.5%). Several groups around the world tried to replicate Podkletnov's gravity shielding observations. C. S. Unnikrishan, Tata Institute of Fundamental Research, Bombay, India, showed that if the effect had been caused by gravitational shielding, the shape of the shielded region would be similar to a shadow from the gravitational shield. For example, the shape of the shielded region above a disk would be conical. The height of the cone's apex above the disk would vary directly with the height of the shielding disk above the earth. Podkeltnov and Nieminen described the shape of the weight loss region as a cylinder that extended through the ceiling above the cryostat.
2010 жылдар
Австралия Ұлттық университетінің профессоры Андрей Род басқаратын ғалымдар тобы ауа арқылы шағын бөлшектерді 1,5 метрге жылжытуға мүмкіндік беретін, тарғыш сәулеге ұқсас құрылғы жасады. Бірақ, жаңа гравитациялық өріс құрудың орнына, құрылғы донат пішіндес Лагерр-Гаусс лазерлік сәулесін пайдаланады, оның сәуленің осі бойындағы қара ортасын қоршап тұратын жоғары интенсивтіліктегі жарық сақинасы бар. Бұл әдіс фотофорезді пайдаланып бөлшектерді сәуленің ортасына жинақтайды, бұл ретте бөлшектің жарық түскен бөліктері жоғары температураға ие болады және осылайша бетіне тиетін ауа молекулаларына үлкен импульс береді. Осы әдіс салдарынан, мұндай құрылғы ауаның болмауына байланысты ғарышта жұмыс істей алмайды. Дегенмен, профессор Род құрылғының Жерде қолданылуы мүмкін екенін айтады, мысалы, микроскопиялық қауіпті материалдарды және басқа да микроскопиялық объектілерді тасымалдау үшін. Джон Синко мен Клиффорд Шлехт макроскопиялық лазерлік тарғыш сәуле ретінде лазерлік қозғалтқыштың кері тартуын зерттеді. Күтілетін қолданыстарға 100 км дейінгі қашықтықта ғарыш объектілерін қашықтан басқару, ғарыш қалдықтарын жою және орбитада адасқан астронавттарды немесе құралдарды құтқару кіреді. 2010 жылы Нью-Йорк университетінің физиктері соленоидтық жарық режимдеріне негізделген жұмыс істейтін тарғыш сәулелерді көрсетті. Бұл дифракцияланбайтын сәулелердің спиральдік интенсивтілік үлестірілуі жарықтандырылған объектілерді тұтқындауға бейім, соның арқасында оларды әдетте оптикалық ось бойымен итеруге бейім сәулелену қысымын жеңуге көмектеседі. Соленоид сәулесінің спиральдік толқындық майларынан берілетін орбиталық бұрыштық импульс тұтқынға түскен объектілерді спираль бойымен жоғары қарай итереді. Бессель сәулесі мен соленоидтық тарғыш сәулелер NASA-ның ғарыш зерттеуінде қолдану үшін қарастырылуда. 2011 жылдың наурыз айында қытай ғалымдары Бессель сәулесінің белгілі бір түрінің (орталықта дифракция жасамайтын лазердің ерекше түрі) берілген микроскопиялық бөлшекке тартымды күшті тудыра алатынын, оны сәуле көзіне қарай итере алатынын көрсетті. Физиканың негізгі принципі – сәулеленудің көп полюстерінің араласуы арқылы алға қарай шашырауды барынша арттыру. Олар теріс (тарту) оптикалық күшті жүзеге асыру үшін қажетті шарт – бөлшектегі көп полюстердің бір мезгілде қозуы екенін нақты көрсетті. Егер таралу бағыты бойынша фотондардың жалпы импульс проекциясы аз болса, тартымды оптикалық күш мүмкін. Қытай ғалымдары бұл мүмкіндікті оптикалық микроманипуляция үшін пайдалануға болатынын ұсынады. 2013 жылы ИСИ және Сент-Эндрюс университетінің ғалымдары микроскопиялық деңгейдегі объектілерді тартатын тарғыш сәуле жасады. Зерттеуде бұл әдістің биомедициналық зерттеулерде қолданылуы мүмкін екені айтылған. Профессор Земанек: «Барлық команда жарық арқылы бөлшектерді жеткізудің әртүрлі конфигурацияларын зерттеуге бірнеше жыл жұмсады», – деді. Доктор Брзобохати: «Бұл әдістер фотониканың негізгі негіздері үшін де, сондай-ақ өмір ғылымдары үшін де жаңа мүмкіндіктер ашады», – деді. Доктор Цизмар: «Оптикалық және акустикалық бөлшектерді манипуляциялаудың ұқсастығына байланысты, бұл тұжырымдама фотоникадан тыс салаларда болашақта қызықты зерттеулерге шабыттандырады деп күтеміз», – деді. Австралия Ұлттық университетінің физиктері «диаметрі 1 миллиметрдің 5 бөлігін құрайтын» бөлшектерді 20 сантиметрге дейін, яғни бұрынғы тәжірибелерден 100 есе алысқа жеткізе алатын кері бұрылатын тарғыш сәуле жасады. Физика және инженерлік зерттеулер мектебінің профессоры Веслав Кроликовскийтің айтуынша, «осындай лазерлік сәуленің кең көлемде қолданылуын көрсету – лазерлік физиктер үшін қасиетті тостаған сияқты». Бұл жұмыс 2014 жылы Nature журналында жарияланды. Сол жылы Австралия Ұлттық университетінің докторы Хорст Пунцман және оның командасы сумен жұмыс істейтін тарғыш сәуле жасады, оны мұнай төгілуін тоқтату, жүзбелі объектілерді басқару немесе жағажайлардағы толқындардың пайда болуын зерттеу үшін пайдалануға болады. 2015 жылы зерттеушілер тобы әлемдегі алғашқы дыбыстық тарғыш сәулесін жасады, ол дыбыс толқындарын пайдалана отырып, заттарды көтере және жылжыта алады. Өз ойыншығыңызбен акустикалық тарғыш сәуле жасауға арналған DIY нұсқаулықтары қолжетімді болды. 2016 жылы Райс университетінің ғалымдары Тесла катушкаларының затты манипуляциялай алатын күш өрістерін (теслафорез деп аталатын процесс) жасай алатынын анықтады. 2016 жылдың желтоқсан айында зерттеушілер тарғыш сәуле арқылы бактериялық жасушалардың қозғалысын басқара алды, осылайша тарғыш сәулелердің болашақта биологиялық ғылымдарда қолданылуы мүмкін екенін көрсетті. 2018 жылы Тель-Авив университетінің докторы Алон Бахабад басқаратын зерттеу тобы әйгілі Архимед бұрандасының оптикалық аналогын эксперименттік түрде көрсетті, онда спиральдік интенсивті лазерлік сәуленің айналуы оптикалық тұтқынға түскен, ауадағы, көміртекті бөлшектердің осьтік қозғалысына беріледі. Осы оптикалық бұрандамен бөлшектер бақыланатын жылдамдықпен және бағытта, спираль бойымен жоғары немесе төмен қарай оңай жеткізілді. 2019 жылы Вашингтон университетінің зерттеушілері нано масштабты материалдарды құрастыру үшін тарғыш сәулені пайдаланды, бұл процесті «фотоникалық наножұптау» деп сипаттады.
A team of scientists at the Australian National University led by Professor Andrei Rode created a device similar to a tractor beam to move small particles 1.5 meters through the air. Rather than create a new gravitational field, however, the device utilizes a doughnut shaped Laguerre Gaussian laser beam, which has a high intensity ring of light that surrounds a dark core along the beam axis. This method confines particles to the center of the beam using photophoresis, whereby illuminated sections of the particle have a higher temperature and thus impart more momentum to air molecules incident on the surface. Owing to this method, such a device cannot work in space due to lack of air. Still, Professor Rode states that there are practical applications for the device on Earth, for example, the transportation of microscopic hazardous materials and other microscopic objects. John Sinko and Clifford Schlecht researched a form of reversed thrust laser propulsion as a macroscopic laser tractor beam. Intended applications include remotely manipulating space objects at distances up to about 100 km, removal of space debris, and retrieval of adrift astronauts or tools on orbit. Functioning tractor beams based on solenoidal modes of light were demonstrated in 2010 by physicists at New York University. The spiraling intensity distribution in these non diffracting beams tends to trap illuminated objects and thus helps to overcome the radiation pressure that ordinarily would drive them down the optical axis. Orbital angular momentum transferred from the solenoid beam's helical wavefronts then drives the trapped objects upstream along the spiral. Both Bessel beam and solenoidal tractor beams are being considered for applications in space exploration by NASA. In March 2011, Chinese scientists posited that a specific type of Bessel beam (a special kind of laser that does not diffract at the center) is capable of creating a pull like effect on a given microscopic particle, forcing it toward the beam source. The underlying physics is the maximization of forward scattering via interference of the radiation multipoles. They show explicitly that the necessary condition to realize a negative (pulling) optical force is the simultaneous excitation of multipoles in the particle. If the total photon momentum projection along the propagation direction is small, attractive optical force is possible. The Chinese scientists suggest this possibility may be implemented for optical micromanipulation. In 2013, scientists at the Institute of Scientific Instruments (ISI) and the University of St Andrews created a tractor beam that pulls objects on a microscopic level. The study states that this technique may have potential for bio medical research. Professor Zemanek said: "The whole team have spent a number of years investigating various configurations of particles delivery by light. Dr. Brzobohaty said: "These methods are opening new opportunities for fundamental photonics as well as applications for life sciences." Dr Cizmar said: "Because of the similarities between optical and acoustic particle manipulation we anticipate that this concept will inspire exciting future studies in areas outside the field of photonics." Physicists from the Australian National University built a reversible tractor beam, capable of transporting particles "one fifth of a millimetre in diameter a distance of up to 20 centimetres, around 100 times further than previous experiments." According to Professor Wieslaw Krolikowski, of the Research School of Physics and Engineering, "demonstration of a large scale laser beam like this is a kind of holy grail for laser physicists." The work was published in Nature in 2014. In the same year, Dr. Horst Punzmann and his team at the Australian National University developed a tractor beam that works on water, which could potentially be used to contain oil spills, control floating objects, or study the formation of rips on beaches. In 2015, a team of researchers built the world's first sonic tractor beam that can lift and move objects using sound waves. A DIY instructables to build your own toy acoustic tractor beam was made available. In 2016, Rice University scientists discovered that Tesla coils can generate force fields able to manipulate matter (process called teslaphoresis). In December 2016, researchers were able to manipulate the movement of bacterial cells using a tractor beam, thereby opening up the possibility that tractor beams could have future applications in biological sciences. In 2018, a research team from Tel Aviv University led by Dr. Alon Bahabad experimentally demonstrated an optical analog of the famous Archimedes' screw where the rotation of a helical intensity laser beam is transferred to the axial motion of optically trapped micrometer scale, airborne, carbon based particles. With this optical screw, particles were easily conveyed with controlled velocity and direction, upstream or downstream of the optical flow, over half a centimeter. In 2019, researchers at the University of Washington used a tractor beam to assemble nanoscale materials in a process they describe as "photonic nanosoldering".
Фильмдер мен телесериалдар
Star Trek (телесериалдар, фильмдер, кітаптар және ойындар). Бұл түсініктердің ең танымал және әйгілі қолданыстарының бірі. Мұндай сәулелерді жиі пайдаланған және оларды тұрақты түрде "тартқыш сәулелер" деп атаған санаулы көрнекті көркемдік бейнелердің бірі.
Star Trek (TV series, films, books and games). One of the most visible and iconic uses of the concept. One of the few prominent fictitious depictions which used such beams repeatedly and referred to them consistently as tractor beams.