Весной прошлого года научные и научно-популярные журналы мира сообщили сенсационную новость. Американские физики провели уникальный эксперимент: они сумели понизить скорость света до 17 метров в секунду.
Все знают, что свет распространяется с огромной скоростью - почти 300 тысяч километров в секунду. Точное значение ее величины в вакууме = 299792458 м/с - фундаментальная физическая константа. Согласно теории относительности, это максимально возможная скорость передачи сигнала.
Например, для веб-телевидения через телевизор можно использовать интернет-контент и, прежде всего, услуги электронной коммерции. В сближении технологий существует, с одной стороны, возможность предоставления одинаковых или аналогичных услуг индивидуальной и массовой связи через различные сетевые платформы, а с другой стороны, слияние конечных устройств, таких как телефон, радио и телевизионный приемник, а также компьютер в один. Уже есть такие мультимедийные конечные устройства. Другая проблема заключается в простом обращении и использовании на этом этапе.
В любой прозрачной среде свет распространяется медленнее. Его скорость v зависит от показателя преломления среды n: v = с/n . Показатель преломления воздуха - 1,0003, воды - 1,33, различных сортов стекла - от 1,5 до 1,8. Одно из самых больших значений показателя преломления имеет алмаз - 2,42. Таким образом, скорость света в обычных веществах уменьшится не более чем в 2,5 раза.
То же самое относится к новым технологиям обработки изображений, которые требуют мобилизации всех знаний и навыков, которые должны быть ознакомлены в повседневной жизни и творчески использованы. Преобразование таких технологий, как компьютер, телекоммуникации и телевидение, возможно, до недавнего времени звучало слишком авангардно. Владимир Михайлов, эти три разные научные области, хотя и поколения электротехники, обозревали друг друга, со временем идеи и решения из одной области находят применение в другом.
Постепенно это взаимодействие, наряду с глобализацией цифрового подхода, невероятный прогресс в разработке и производстве компонентов памяти и обработки данных привело к накоплению критической массы, и неожиданно стало совершенно очевидно, что эти три технологии взаимосвязаны до такой степени, что их объединение имеет почти новую структуру.
В начале 1999 года группа физиков из Роуландовского института научных исследований при Гарвардском университете (штат Массачусетс, США) и из Стэнфордского университета (штат Калифорния) исследовала макроскопический квантовый эффект - так называемую самоиндуцированную прозрачность, пропуская лазерные импульсы через непрозрачную в обычных условиях среду. Этой средой были атомы натрия, находящиеся в особом состоянии, называемом бозе-эйнштейновским конденсатом. При облучении лазерным импульсом он приобретает оптические свойства, которые уменьшают групповую скорость импульса в 20 миллионов раз по сравнению со скоростью в вакууме. Экспериментаторам удалось довести скорость света до 17 м/с!
Сам телевизор как носитель давно изменился. Из статического элемента, присутствующего в домашнем хозяйстве, он стал переносным носителем, и его программы доступны как с портативных приемников, так и с мобильных телефонов. Фактически, классификация телевидения как средства массовой информации всегда была сложной задачей, поскольку сегодня существует наземное, кабельное и спутниковое телевидение, соответственно распределенные в аналоговом или цифровом формате, с национальными, региональными и международными программами, доступными как с компьютеров, так и с мобильных телефоны.
Прежде чем описывать сущность этого уникального эксперимента, напомним смысл некоторых физических понятий.
Групповая скорость. При распространении света в среде различают две скорости - фазовую и групповую. Фазовая скорость vф характеризует перемещение фазы идеальной монохроматической волны - бесконечной синусоиды строго одной частоты и определяет направление распространения света. Фазовой скорости в среде соответствует фазовый показатель преломления - тот самый, значения которого измеряются для различных веществ. Фазовый показатель преломления, а следовательно, и фазовая скорость зависят от длины волны. Эта зависимость называется дисперсией; она приводит, в частности, к разложению белого света, проходящего через призму, в спектр.
Мобильное телевидение и доступ к распространению телевизионных программ через Интернет в настоящее время являются реальностью, и ожидается, что процесс конвергенции ускорится в ближайшие годы. Сближение ключевых отраслей, таких как телекоммуникации, медийные и информационные услуги, а также появление их юридических и политических последствий, закреплено Европейской комиссией в ее «Зеленой книге о конвергенции». Направление и важность понятны - несмотря на специфику отдельных трех секторов, прогрессивное сближение регуляторной среды и единых регулирующих органов происходит вместо разнообразия органов власти в разных секторах.
Но реальная световая волна состоит из набора волн различных частот, группирующихся в некотором спектральном интервале. Такой набор называют группой волн, волновым пакетом или световым импульсом. Эти волны распространяются в среде с различными фазовыми скоростями из-за дисперсии. При этом импульс растягивается, а его форма меняется. Поэтому для описания движения импульса, группы волн как целого, вводят понятие групповой скорости. Оно имеет смысл только в случае узкого спектра и в среде со слабой дисперсией, когда различие фазовых скоростей отдельных составляющих невелико. Для лучшего уяснения ситуации можно привести наглядную аналогию.
В последние годы технологический прогресс систем СМИ был особенно динамичным. Оцифровка или оцифровка благоприятствовали этим процессам. Благодаря достижениям в области коммуникационных технологий новые возможности и услуги появились в медиа-бизнесе. Например, для цифрового телевидения эти услуги: многоканальный и многоканальный контент; интерактивность и хронология пользовательских предпочтений; увеличить программирование; одновременную передачу одного и того же контента другим способом передачи, то есть, позволяя пользователю одновременно получать услуги в цифровом и аналоговом формате до конца аналога.
Представим себе, что на линии старта выстроились семь спортсменов, одетых в разноцветные майки по цветам спектра: красную, оранжевую, желтую и т. д. По сигналу стартового пистолета они одновременно начинают бег, но "красный" спортсмен бежит быстрее, чем "оранжевый", "оранжевый" - быстрее, чем "желтый", и т. д., так что они растягиваются в цепочку, длина которой непрерывно увеличивается. А теперь представим, что мы смотрим на них сверху с такой высоты, что отдельных бегунов не различаем, а видим просто пестрое пятно. Можно ли говорить о скорости движения этого пятна как целого? Можно, но только в том случае, если оно не очень расплывается, когда разница в скоростях разноцветных бегунов невелика. В противном случае пятно может растянуться на всю длину трассы, и вопрос о его скорости потеряет смысл. Это соответствует сильной дисперсии - большому разбросу скоростей. Если бегунов одеть в майки почти одного цвета, различающиеся лишь оттенками (скажем, от темно-красного до светло-красного), это станет соответствовать случаю узкого спектра. Тогда и скорости бегунов будут различаться ненамного, группа при движении останется достаточно компактной и может быть охарактеризована вполне определенной величиной скорости, которая и называется групповой.
До оцифровки услуги, предлагаемые радио и телекоммуникационными компаниями, напрямую зависят от сетевой архитектуры. Первый - это распространение массовой информации из одной точки во все остальные точки сети. Второй соединяется между отдельными точками внутри самой сети.
Оцифровка позволяет мало зависеть от моделей распространения для информационных услуг от сетевых методов доставки. Теперь телевизионные услуги связаны с речью, Интернетом или услугами передачи данных, а телевизионные сигналы передаются спутниковыми, отдельными кабельными или наземными телекоммуникационными сетями. Переход к цифровому телевидению имеет большое значение, поскольку он может выпустить большой объем спектра, который теперь распределяется между аналоговыми каналами, создавая пространство для новых участников, большую конкуренцию и дополнительные услуги.
Статистика Бозе-Эйнштейна. Это один из видов так называемой квантовой статистики - теории, описывающей состояние систем, содержащих очень большое число частиц, подчиняющихся законам квантовой механики.
Все частицы - как заключенные в атоме, так и свободные - делятся на два класса. Для одного из них справедлив принцип запрета Паули, в соответствии с которым на каждом энергетическом уровне не может находиться более одной частицы. Частицы этого класса называются фермионами (это электроны, протоны и нейтроны; в этот же класс входят частицы, состоящие из нечетного числа фермионов), а закон их распределения называется статистикой Ферми-Дирака. Частицы другого класса называются бозонами и не подчиняются принципу Паули: на одном энергетическом уровне может скапливаться неограниченное число бозонов. В этом случае говорят о статистике Бозе-Эйнштейна. К бозонам относятся фотоны, некоторые короткоживущие элементарные частицы (например, пи-мезоны), а также атомы, состоящие из четного числа фермионов. При очень низких температурах бозоны собираются на самом низком - основном - энергетическом уровне; тогда говорят, что происходит бозе-эйнштейновская конденсация. Атомы конденсата теряют свои индивидуальные свойства, и несколько миллионов их начинают вести себя как одно целое, их волновые функции сливаются, а поведение описывается одним уравнением. Это дает возможность говорить, что атомы конденсата стали когерентными, подобно фотонам в лазерном излучении. Исследователи из американского Национального института стандартов и технологий использовали это свойство конденсата Бозе-Эйнштейна для создания "атомного лазера" (см. "Наука и жизнь" № 10, 1997 г.).
Цифровая конвергенция и многоплатформенный доступ революционизировали передачу информации и по-прежнему находятся в процессе постоянной эволюции и улучшения, затрагивая все слои общества, поскольку они приведут к большему выбору для потребителей, большей гибкости и усилению конкуренции. Потребители получат преимущества от новых и продвинутых услуг вещания, таких как дополнительные программы, связанные с обновлением программного обеспечения, улучшенным качеством звука и изображениями, включая такие функции, как широкоэкранный и телевизор высокой четкости, интерактивные услуги цифрового телевидения, мобильное телевидение, а также новые будущие услуги, которые будут отличаться от сегодняшних фиксированных или мобильных приложений.
Самоиндуцированная прозрачность. Это один из эффектов нелинейной оптики - оптики мощных световых полей. Он заключается в том, что очень короткий и мощный световой импульс проходит без ослабления через среду, которая поглощает непрерывное излучение или длинные импульсы: непрозрачная среда становится для него прозрачной. Самоиндуцированая прозрачность наблюдается в разреженных газах при длительности импульса порядка 10-7 - 10-8 с и в конденсированных средах - менее 10-11 c. При этом возникает запаздывание импульса - его групповая скорость сильно уменьшается. Впервые этот эффект был продемонстрирован Мак-Коллом и Ханом в 1967 году на рубине при температуре 4 К. В 1970 году в парах рубидия были получены задержки, соответствующие скоростям импульса, на три порядка (в 1000 раз) меньшим скорости света в вакууме.
Пользователи цифрового ТВ будут иметь те же возможности, что и пользователи Интернета, выбирать и программировать сами, что они хотят видеть или слышать, когда они решат и хотят этого. Там будет множество программ и услуг, но на практике то, что пользователи будут использовать, будет личным «персонализированным» каналом, который каждый может программировать и создавать, до сих пор привычное программирование телевидения будет забыто и архаично.
Переход на цифровое вещание также окажет значительное влияние на экономику ЕС как стимул для инноваций, создания рабочих мест и производительности. Из-за цифровых компрессионных систем такой же объем спектра, необходимый для аналогового телевизионного канала, может использоваться для шести-восьми стандартных цифровых телевизионных каналов. 27 государств-членов не имеют общего расписания для перехода на полностью цифровое вещание. Во многих государствах-членах планы оцифровки только разрабатываются, в то время как в некоторых других передача уже идет.
Обратимся теперь к уникальному эксперименту 1999 года. Его осуществили Лен Вестергард Хэу, Захари Даттон, Сайрус Берузи (Роуландовский институт) и Стив Харрис (Стэнфордский университет). Они охладили плотное, удерживаемое магнитным полем облако атомов натрия до перехода их в основное состояние - на уровень с наименьшей энергией. При этом выделяли только те атомы, у которых магнитный дипольный момент был направлен противоположно направлению магнитного поля. Затем исследователи охладили облако до температуры менее 435 нК (нанокельвинов, т.е. 0,000000435 К, почти до абсолютного нуля).
Другая форма конвергенции - это контент. Он имеет видео по запросу, когда зритель решает, что смотреть и что смотреть, а также веб-телевидение, где интернет-контент и особенно услуги электронной коммерции доступны через телевизионный приемник. Контроль осуществляется в соответствии с Директивой о службах аудиовизуальных медиа.
Слияние технологий распространения и информации позволяет различным медиа - кабельным или телефонным устройствам, спутниковым каналам - доставлять аудитории одинаковый контент. Сближение рынка сильно выражается в распределении цифрового телевидения, которое зависит от многих услуг, таких как кодирование, сжатие, системы доступа, навигация и т.д. строительство такой инфраструктуры требует наличия большого финансового ресурса для стимулирования слияний и разделения бизнеса рынки.
После этого конденсат осветили "связующим пучком" линейно поляризованного лазерного света с частотой, соответствующей энергии его слабого возбуждения. Атомы перешли на более высокий энергетический уровень и перестали поглощать свет. В результате конденсат стал прозрачным для идущего следом лазерного излучения. И вот здесь появились очень странные и необычные эффекты. Измерения показали, что при определенных условиях импульс, проходящий через бозе-эйнштейновский конденсат, испытывает задержку, соответствующую замедлению света более чем на семь порядков - в 20 миллионов раз. Скорость светового импульса замедлилась до 17 м/с, а его длина уменьшилась в несколько раз - до 43 микрометров.
Контентные отрасли интегрированы с отраслями, производящими медиа-оборудование. Сближение поведения пользователей связано с самими пользователями. Основные факторы включают в себя стоимость приобретения соответствующих терминальных устройств, обслуживающих цифровую эволюцию, и простоту использования различных услуг.
Конвергенция в среде СМИ также может рассматриваться как экономическая стратегия, в которой компании связи ищут финансовые выгоды. Они делают это, организуя деятельность различных средств массовой информации, которыми они владеют, в системе, где они работают вместе. Стратегии объединены и поддерживаются такими факторами, как: корпоративная концентрация, где меньше крупных компаний имеют все больше и больше медиаструктур; оцифровка, в которой носители, созданные на универсальном компьютерном языке, могут быть легко адаптированы для использования на любом устройстве; а также отсутствие государственной централизации - факт, который дает медиаконгломератам возможность владеть различными СМИ на одном и том же рынке.
Исследователи считают, что, избежав лазерного нагрева конденсата, им удастся еще сильнее замедлить свет - возможно, до скорости нескольких сантиметров в секунду.
Система с такими необычными характеристиками позволит исследовать квантово-оптические свойства вещества, а также создавать различные устройства для квантовых компьютеров будущего, скажем, однофотонные переключатели.
Принимая во внимание тот факт, что главной задачей медиаорганизаций является привлечение внимания аудитории, необходимо иметь смысл в предоставлении фирменных медиапродуктов в серии потенциально взаимодополняющих каналов или так называемых межсетевых стратегий.
По словам Петранки Фильлевой, время контакта продлевается, и для производства медиапродукта накапливаются «экономия за счет масштаба». Эффект маркетинговой коммуникации, планируемой для перехода в медиа-сети, усиливается. Независимо от того, выступают ли они в качестве поставщиков медиа-контента для аудитории или как поставщики рекламного пространства и услуг связи, медиа-организации заинтересованы в многократном доступе к аудитории в своей повседневной жизни с помощью множества мультимедийных материалов.
Показа́тель преломле́ния
вещества - величина, равная отношению фазовых скоростей света (электромагнитных волн) в вакууме и в данной среде . Также о показателе преломления говорят для любых других волн, например, звуковых.
Основные законы оптики.
Еще до установления природы света были известны следующие основные законы оптики: закон прямолинейного распространения света в оптически однородной среде; закон независимости световых пучков (справедлив только в линейной оптике); закон отражения света; закон преломления света.
Закон прямолинейного распространения света:
свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно.
Производство медиапродукции характеризуется определенными особенностями в поисках оптимальности и рациональности. Их фиксированные затраты очень высоки, а переменные и поля близки к нулю. Прототип, созданный один раз с очень постоянной стоимостью медиапродукта, так называемый «первый экземпляр», может быть реплицирован, переупаков, распределен на одном рынке, а затем во многих других. Это было возможно много лет назад, когда вы покупаете авторские права в благоприятных условиях, вы можете «открыть много дополнительных окон», чтобы еще больше поглотить свою интеллектуальную ценность и распространить ее в самых разных формах.
Доказательством этого закона является наличие тени с резкими границами от непрозрачных предметов при освещении их точечными источниками света (источники, размеры которых значительно меньше освещаемого предмета и расстояния до него). Тщательные эксперименты показали, однако, что этот закон нарушается, если свет проходит сквозь очень малые отверстия, причем отклонение от прямолинейности распространения тем больше, чем меньше отверстия.
Сегодня возможности намного больше, потому что каждый продукт или развлекательный продукт выпускается и распространяется в цифровой форме, поэтому его изменение в другой пакет или различные носители очень быстрые, относительно простые, с множеством преимуществ для многих разных пользователей в разных частях света.
В сближении законодательства все еще ищут пути согласования регулируемых стандартов, поскольку до настоящего времени различное содержание требует различного регулирования. Эти директивы рассматривают средства распространения контента. Европейский законодатель заменяет понятия «телекоммуникационные сети и услуги» термином «сети и услуги электронной связи».
Закон независимости световых пучков: эффект, производимый отдельным пучком, не зависит от того, действуют ли одновременно остальные пучки или они устранены. Разбивая световой поток на отдельные световые пучки (например, с помощью диафрагм), можно показать, что действие выделенных световых пучков независимо.
Если свет падает на границу раздела двух сред (двух прозрачных веществ), то падающий луч разделяется на два - отраженный II и преломленныйIII, направления которых задаются законами отражения и преломления.
В будущем предполагается ввести всеобъемлющий надзорный орган, который применяет единые стандарты. В Республике Болгарии в качестве государства-члена Европейского союза существует полностью гармонизированное законодательство, которое является необходимым условием для ускорения интеграционных процессов на едином рынке и для развития общеевропейских сетей и служб связи без препятствий территориальных границ национального законодательства.
Нормативная база ЕС для сетей и услуг электронной связи применяется ко всем инфраструктурам передачи, независимо от того, какой тип услуг передается через них. Эта структура охватывает все сети электронных коммуникаций, связанные с ними объекты и услуги электронной связи, в том числе используемые для передачи вещательного контента, такого как сети кабельного телевидения, сети наземного и спутникового вещания.
Закон отражения: отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, проведенным к границе раздела двух сред в точке падения; угол i " 1 отражения равен углу i 1 падения:
Закон преломления: луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред:
где n 21 -относительный показатель преломления второй среды относительно первой. Индексы в обозначениях углов i 1 , i " 1 , i 2 указывают, в какой среде (первой или второй) идет луч.
Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления:
Абсолютным показателем преломления среды называется величина n , равная отношению скорости c электромагнитных волн в вакууме к их фазовой скорости v в среде:
Диспе́рсия све́та
(разложение света) - это явление, обусловленное зависимостью абсолютного показателя преломления вещества от частоты(или длины волны) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты).
Пространственной дисперсией называется зависимость диэлектрической проницаемости среды от волнового вектора. Такая зависимость вызывает ряд явлений, называемых эффектами пространственной поляризации.
Один из самых наглядных примеров дисперсии - разложение белого света при прохождении его через призму (опыт Ньютона). Сущностью явления дисперсии является различие скоростей распространения лучей света c различной длиной волны в прозрачном веществе -оптической среде (тогда как в вакууме скорость света всегда одинакова, независимо от длины волны и следовательно цвета). Обычно, чем больше частота световой волны, тем больше показатель преломления среды для неё и тем меньше скорость волны в среде:
· у света красного цвета скорость распространения в среде максимальна, а степень преломления - минимальна,
· у света фиолетового цвета скорость распространения в среде минимальна, а степень преломления - максимальна.
Дифра́кция во́лн - явление, которое проявляет себя как отклонение от законов геометрической оптики при распространении волн. Она представляет собой универсальное волновое явление и характеризуется одними и теми же законами при наблюдении волновых полей разной природы.
Дифракция неразрывно связана с явлением интерференции.Интерференция волн - взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды двух или нескольких световых волн при их наложении друг на друга. Более того, само явление дифракции зачастую трактуют как случай интерференции ограниченных в пространстве волн (интерференция вторичных волн). Общим свойством всех эффектов дифракции является зависимость степени её проявления от соотношения между длиной волны λ и размером ширины волнового фронта d, либо непрозрачного экрана на пути его распространения, либо неоднородностей структуры самой волны.
Поляриза́ция волн - характеристика поперечных волн, описывающая поведение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.
В продольной волне поляризация возникнуть не может, так как направление колебаний в этом типе волн всегда совпадают с направлением распространения.
Поперечная волна характеризуется двумя направлениями: волновым вектором и вектором амплитуды, всегда перпендикулярным к волновому вектору. Волновой вектор показывает направление распространения волны, а вектор поляризации представляет собой вектор напряженности электрического поля. Так что в трёхмерном пространстве имеется ещё одна степень свободы - вращение вокруг волнового вектора.
Зеркала.
Простейшим оптическим устройством, способным создавать изображение предмета, является плоское зеркало
. Изображение предмета, даваемое плоским зеркалом, формируется за счет лучей, отраженных от зеркальной поверхности. Это изображение является мнимым, так как оно образуется пересечением не самих отраженных лучей, а их продолжений в «зазеркалье».
Сферическим зеркалом
называют зеркально отражающую поверхность, имеющую форму сферического сегмента. Центр сферы, из которой вырезан сегмент, называют оптическим центром зеркала
. Вершину сферического сегмента называют полюсом
. Прямая, проходящая через оптический центр и полюс зеркала, называется главной оптической осью
сферического зеркала. Главная оптическая ось выделена из всех других прямых, проходящих через оптический центр, только тем, что она является осью симметрии зеркала.
Сферические зеркала бывают вогнутыми и выпуклыми . Если на вогнутое сферическое зеркало падает пучок лучей, параллельный главной оптической оси, то после отражения от зеркала лучи пересекутся в точке, которая называется главным фокусом F зеркала.
Линза - деталь из оптически прозрачного однородного материала, ограниченная двумя полированными преломляющими поверхностями вращения, например, сферическими или плоской и сферической. (И не только, линзы также применяются в СВЧ технике, и там обычно состоят из непрозрачных диэлектриков или набора металлических пластин).