Το φως ως φορέας πληροφορίας

Το φως, όπως όλοι γνωρίζουμε, είναι ένα πολύ σημαντικό μέσο για την εξερεύνηση του σύμπαντος. Το χρώμα του φωτός που βλέπουμε μας δίνει σημαντικά δεδομένα. Από την αρχή, μπορούμε να διακρίνουμε τα πράγματα που βλέπουμε από τα χρώματά τους.
Η συζήτηση για την προέλευση και τη δομή του έχει απασχολήσει τους φιλοσόφους από την αρχή της ιστορίας. Ο κάθε ένας από τους πρώιμους φιλοσόφους έγραψε τη γνώμη του για τη φύση του φωτός. Μόνο τον 17ο αιώνα η ανάπτυξη της σύγχρονης επιστήμης έθεσε τη συζήτηση αυτού του θέματος με σύγχρονο τρόπο και μαθηματική θεωρία.
Γνωρίζουμε ότι τα πράγματα υπάρχουν ως σωματίδια (η ύλη αποτελείται από αυτά) και ως κύματα (οι ναυτικοί και οι μουσικοί το γνωρίζουν καλά...), οπότε πρέπει να κατανοήσουμε αν το φως αποτελείται από σωματίδια ή κύματα.
Ο Ισαάκ Νεύτων, από την ύπαρξη των ακτίνων και των ευθύγραμμων τροχιών τους, είπε ότι το φως αποτελείται από διαφορετικά σωματίδια ύλης (ένα για κάθε χρώμα), τα οποία εκπέμπονται από την ύλη. Η διάθλαση εξηγείται τότε από τις δυνάμεις που δρουν στα σωματίδια του φωτός κατά τη μετάβασή τους μέσω της διαχωριστικής επιφάνειας δύο μέσων.
Αντίθετα, ο Christiaan Huygens έγραψε στο Traitè de la Lumiére (Πραγματεία για το φως) ότι το φως αποτελείται από κύματα που διαδίδονται σε μια πολύ λεπτή και ιδιαίτερη ύλη που ονομάζεται αιθέρας, η οποία διαπερνά ολόκληρο το σύμπαν. Ο αιθέρας είναι ένα ελαστικό μέσο φτιαγμένο από πολύ ελαφριά σωματίδια ύλης. Αυτή η ιδέα του επέτρεψε να εξηγήσει τις ιδιότητες του φωτός (διάθλαση, συμβολή, περίθλαση, χρώματα) με τρόπο πολύ παρόμοιο με τις γνωστές ιδιότητες του ήχου. Όπως μπορούμε να έχουμε από
διαφορετικά μήκη κύματος της διαταραχής στον αέρα/νερό/υγρό, διαφορετικούς ήχους, έτσι έχουμε από τα διαφορετικά μήκη κύματος της διαταραχής στον αιθέρα τα διαφορετικά χρώματα που μπορούμε να δούμε.
Η επιτυχία της κυματικής θεωρίας του Huygens στην εξήγηση οδήγησε την επιστημονική κοινότητα να υιοθετήσει τη θεωρία του και να παραμερίσει τη σωματιδιακή θεωρία του φωτός.
Η ανάπτυξη της μελέτης των ηλεκτρικών και μαγνητικών φαινομένων οδήγησε τον James Clerk Maxwell να κατανοήσει ότι το φως είναι ένα ηλεκτρικό και μαγνητικό φαινόμενο. Το φως, στη δική του θεώρηση, είναι ένα κύμα που διαδίδεται στο χώρο μεταφερόμενο από αυτή τη λεπτή ουσία που ονομάζεται αιθέρας.
Στις αρχές του 20ού αιώνα, οι φυσικοί ανακάλυψαν ότι μερικές φορές το φως φαίνεται να αλληλεπιδρά με την ύλη με συνεχή τρόπο ως κύμα, αλλά και με διακριτό τρόπο ως σωματίδιο ή ως πακέτο ή κβάντο ενέργειας. Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, το φαινόμενο Compton και η ακτινοβολία μέλανος σώματος είναι μερικά από αυτά τα φαινόμενα. Η εξήγηση αυτών των φαινομένων προήλθε από την ανάπτυξη της κβαντικής μηχανικής.
Η ανακάλυψη του φαινομένου LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation – Ενίσχυση Φωτός με Εξαναγκασμένη Εκπομπή Ακτινοβολίας) είναι μια ακόμη συνέπεια της Κβαντικής Μηχανικής, που ίσως είναι η φυσική θεωρία με τη μεγαλύτερη επιτυχία.
Αυτή η μελέτη στοχεύει να ενθαρρύνει το ενδιαφέρον για ένα θέμα που προσφέρεται για μια διεπιστημονική προσέγγιση στον τομέα των STEM μέσω της ανακάλυψης των βασικών αρχών της τεχνολογίας λέιζερ και να αυξήσει την περιέργεια για ένα θέμα του οποίου η έρευνα βρίσκεται στην αιχμή της επιστήμης και έχει σημαντικές επιπτώσεις σε κάθε τομέα της σύγχρονης ζωής, συμπεριλαμβανομένης της ευημερίας και της υγείας μέσω διαγνωστικών και χειρουργικών εφαρμογών.

Η εξερεύνηση της δημιουργίας και της χρήσης της τεχνολογίας λέιζερ ενισχύεται μέσω της άσκησης Επαυξημένης Πραγματικότητας “Τεχνολογία Λέιζερ και Ιατρικές Εφαρμογές”, που αναπτύχθηκε με το Delightex Studio – Spaces (Marker). Αυτή η εμπειρία AR καθοδηγεί τους μαθητές μέσα από πέντε διαδραστικές σκηνές: τρισωματικά ατομικά συστήματα με αναστροφή πληθυσμού, εξαναγκασμένη εκπομπή και ενίσχυση φωτονίων, σχεδιασμό οπτικής κοιλότητας με καθρέφτες, και ιατρικές εφαρμογές λέιζερ (CO2, Αργόν, Nd:YAG). Έξι ενσωματωμένα κουίζ παρέχουν άμεση ανατροφοδότηση, επιτρέποντας στους μαθητές να οπτικοποιήσουν αόρατες κβαντικές διεργασίες και να συνδέσουν τη φυσική των ατόμων με την κλινική πράξη.