แสงจัดการอนุภาคเพื่อสร้างพื้นผิวสะท้อนแสงลำแสงสีเขียวที่โฟกัสได้เปลี่ยนเม็ดพลาสติก 150 เม็ดให้กลายเป็นกระจกที่ใช้งานได้จริง ความสำเร็จนี้เป็นก้าวแรกสู่เป้าหมายอันทะเยอทะยาน: การนำเลเซอร์ไปใช้งานในอวกาศเพื่อรวมกลุ่มอนุภาคฝุ่นคล้ายฝุ่นเข้าไปในกระจกกล้องโทรทรรศน์ขนาดยักษ์
Michael Burns นักฟิสิกส์เลเซอร์แห่งสถาบัน Rowland ของ Harvard กล่าวว่า “ฉันคิดว่ามันเจ๋งจริงๆ” “มันแสดงให้เห็นบางอย่างที่เคยคุยกันมาก่อน”
ฟิสิกส์พื้นฐานส่วนใหญ่ที่อยู่เบื้องหลังแนวคิดในการสร้างกระจกในอวกาศด้วยเลเซอร์นั้นเป็นของแข็ง เบิร์นส์กล่าว
แสงให้แรงกดเล็กน้อยเมื่อมันสะท้อนสสาร นอกจากนี้ยังสามารถดักจับอนุภาคที่ส่องสว่างภายในลำแสงเลเซอร์ ซึ่งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถแยกเซลล์แต่ละเซลล์และแม้แต่อะตอมได้ ในที่สุด การกระเจิงของแสงจากอนุภาคสามารถทำหน้าที่เป็นแรงยึดเหนี่ยว ทำให้อนุภาคหลายตัวสามารถประกอบเข้าด้วยกันเป็นโครงสร้างที่เป็นระเบียบได้ นักดาราศาสตร์ Antoine Labeyrie ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติของแสงเหล่านี้ได้เสนอในปี 1979 ว่าเลเซอร์คู่หนึ่งที่ยิงอย่างต่อเนื่องในอวกาศสามารถนำอนุภาคเล็กๆ นับพันล้านตัวให้กลายเป็นพาราโบลาที่ยึดแน่นและยึดไว้กับที่ ทำให้เกิดกระจกกล้องโทรทรรศน์ขนาดมหึมาน้ำหนักเบา
ตั้งแต่ปี 2548 นักฟิสิกส์ Tomasz Grzegorczyk จาก BAE Systems ในเมืองเบอร์ลิงตัน รัฐแมสซาชูเซตส์ และเพื่อนร่วมงานได้วิเคราะห์ฟิสิกส์ของการปฏิสัมพันธ์ระหว่างเลเซอร์และอนุภาคซึ่งจะสร้างกระจกที่ดูเหมือนมีมนต์ขลังนี้ ในการสร้างกระจกเบื้องต้น พวกเขาวางลูกปัดพลาสติกขนาดสองสามร้อยไมโครเมตรลงในถังแก้วที่เติมน้ำแล้วฉายแสงเลเซอร์เข้าไปในถังจากด้านล่าง
เลเซอร์ผลักลูกปัดประมาณ 150 เม็ดขึ้นไปที่ด้านบนของถังกับแก้วและดันเข้าด้วยกันเป็นโครงสร้างผลึกสะท้อนแสง เพื่อทดสอบการสะท้อนแสงของการสร้างสรรค์ นักวิจัยได้ฉายภาพเลข 8 จากไม้บรรทัดพลาสติกลงบนกระจก และใช้กล้องถ่ายภาพสะท้อน กระจกส่งภาพสะท้อนที่คลุมเครือแต่สามารถจดจำได้ทีมของ Grzegorczyk รายงานวันที่ 13 มกราคมในPhysical Review Lettersแม้ว่าพื้นผิวของกระจกจะค่อนข้างหยาบ
เห็นได้ชัดว่ามีหลายขั้นตอนที่ต้องดำเนินการก่อนที่ NASA จะว่าจ้างกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่ประกอบด้วยเลเซอร์ กระจกของ Grzegorczyk มีความกว้างเพียง 40 ไมโครเมตร และอาศัยน้ำโดยรอบในการดูดซับความร้อนของเลเซอร์บางส่วน อุปสรรคทางเทคโนโลยีมหาศาลยังคงมีอยู่ รวมถึงความต้องการเลเซอร์อันทรงพลังสองตัวที่ทำงานอย่างต่อเนื่องในอวกาศเป็นเวลาหลายปีเพื่อยึดกระจกไว้ด้วยกัน “ด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบัน สิ่งนี้ยังใกล้เคียงกับนิยายวิทยาศาสตร์มากขึ้น” เบิร์นส์กล่าว
ทว่าประสิทธิภาพที่เป็นไปได้ของกระจกดังกล่าวในอวกาศนั้นพิเศษมากจน Grzegorczyk กล่าวว่าเขาไม่สามารถเลิกได้
ตามทฤษฎีแล้ว เลเซอร์คู่หนึ่งสามารถสร้างและรักษากระจกยาว 35 เมตร ซึ่งใหญ่กว่ากระจกกล้องโทรทรรศน์ใดๆ ในอวกาศหรือบนโลก มันจะมีมวลเท่ากับขนมพายแฮมเบอร์เกอร์ สำหรับการเปรียบเทียบ กระจกเงาสูง 6.5 เมตรบนกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ของ NASA ซึ่งจะเปิดตัวในปี 2018 มีน้ำหนักเกือบ 700 กิโลกรัม
เนื่องจากกระจกที่ใหญ่กว่าจะเก็บแสงได้มากกว่า กระจกที่สร้างด้วยเลเซอร์ซึ่งเชื่อมต่อกับกล้องจึงอาจถ่ายภาพดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ที่อยู่ห่างไกลออกไปได้ เช่นเดียวกับกาแล็กซีที่ขอบจักรวาลที่มองเห็นได้ นอกจากนี้ กระจกยังสามารถรักษาตัวเองได้: หากขยะอวกาศทำลายส่วนหนึ่ง เลเซอร์จะสะกิดอนุภาคที่ถูกแทนที่กลับเข้าที่ สำหรับตอนนี้ Grzegorczyk ต้องการก้าวเล็กๆ เขากำลังมองหาที่จะสร้างกระจกที่ลอยอยู่ในน้ำมากกว่าที่จะนั่งบนหลังคาของถัง “ถ้าสิ่งที่เราต้องรอคือเทคโนโลยี” เขากล่าว “ในที่สุดสิ่งนี้ก็จะบินได้”
ดังนั้นมันอาจจะยังผิดอยู่ แต่ก็ไม่ได้บ้าไปเสียทีเดียวที่คิดว่าความคิดของมนุษย์มีความอ่อนไหวต่อการหาปริมาณควอนตัม ความเป็นจริงควอนตัมรองรับความเป็นจริงธรรมดา (หรือ “คลาสสิก”) ที่เรารับรู้ ความเป็นจริงนั้นเกิดขึ้นจากระบบควอนตัมที่ทำงานในบริบทของอิทธิพลของสิ่งแวดล้อม ตั้งแต่การสังเกตการทดลองที่เฉพาะเจาะจงไปจนถึงโมเลกุลของอากาศที่กระเด้งออกมาจากอะตอมอื่น ในทำนองเดียวกัน ดังที่หวังและเพื่อนร่วมงานยืนยัน การตัดสินของมนุษย์ “มักจะไม่ใช่แค่อ่านออกจากความทรงจำ แต่สร้างจากสภาวะทางปัญญาสำหรับคำถามที่อยู่ในมือ” ดังนั้นการสรุปเกี่ยวกับคำถามหนึ่งข้อจะเปลี่ยนแปลงบริบท โดยรบกวนระบบความรู้ความเข้าใจเช่นเดียวกับการวัดควอนตัมรบกวนอิเล็กตรอน การรบกวนดังกล่าวจะส่งผลต่อคำตอบของคำถามถัดไป ดังนั้น “การตัดสินของมนุษย์จะไม่เป็นไปตามกฎการสับเปลี่ยนของตรรกะบูลีนเสมอไป”
“ถ้าเราแทนที่ ‘การตัดสินของมนุษย์’ ด้วย ‘การวัดทางกายภาพ'” Wang และเพื่อนร่วมงานเขียน “และแทนที่ ‘ระบบความรู้ความเข้าใจ’ ด้วย ‘ระบบทางกายภาพ’ สิ่งเหล่านี้ก็เป็นเหตุผลเดียวกันกับที่ทำให้นักฟิสิกส์พัฒนาทฤษฎีควอนตัมในครั้งแรก สถานที่.”
เทคนิคทางคณิตศาสตร์มีมากมายในเอกสาร 202 หน้าของเขา เขาแสดงให้เห็นด้วยคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนว่าแนวคิดของเขาสามารถนำไปใช้กับโมเดล “ของเล่น” ได้อย่างไร เช่น โลกที่มีอนุภาคที่เคลื่อนที่ในมิติเดียวและไม่มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน เขาแนะนำวิธีที่แนวคิดจากทฤษฎีสตริงสามารถช่วยให้สิ่งต่างๆ ทำงานในระบบที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นได้ เขาอธิบายต่อไปว่างานต่อไปอาจพัฒนาทฤษฎีที่สมบูรณ์ซึ่งสามารถอธิบายความสมบูรณ์ของฟิสิกส์อนุภาคด้วยคุณสมบัติควอนตัมทั้งหมดจากรากฐานที่ไม่ใช่ควอนตัมได้อย่างไร
