全世界最薄镜片登场,只有三个原子厚

全世界最薄镜片登场,只有三个原子厚 荷兰阿姆斯特丹大学和美国史丹佛大学团队依靠量子效应制造只有 0.6nm 厚的平面透镜。 团队用二硫化钨(WS₂)同心圆环组成新透镜,利用激子有效聚焦光线,利用衍射(diffraction)而非折射来聚焦光线,同心环的大小和环之间的距离决定镜透镜焦距。

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世界上最薄的镜头只有三个原子厚

世界上最薄的镜头只有三个原子厚 透镜是用来收集光线、弯曲光线并将光线聚焦到指定点的。这可以放大物体,矫正视力,通过显微镜看到非常微小的物体,或通过望远镜看到非常遥远的物体。镜片通常由弧形玻璃或其他透明材料制成,如隐形眼镜中的水凝胶。但这种经典设计可能意味着大型透镜相当厚重,尤其是用玻璃制成的透镜。为了节省材料,19 世纪发明了一种叫做菲涅尔透镜的替代设计,最初用于灯塔。这种透镜使用一系列同心圆材料将光线衍射到一个焦点,虽然牺牲了一些图像清晰度,但透镜却薄得多。而现在,科学家们几乎将其推向了极限,制造出了厚度仅为 0.6 纳米(nm)的透镜,也就是只有三个原子。这使它成为有史以来最薄的透镜,打破了 2016 年创下的厚度为 6.3 纳米的上一个纪录,比它厚 10 倍。这种新型透镜由二硫化钨同心环组成,它能吸收照射到它的红光,并将红光重新发射到离表面 1 毫米(0.04 英寸)远的焦点上。它的工作原理是形成名为"激子"的短寿命准粒子,然后衰变并发光。由于它能选择性地聚焦红光,其他波长的光实际上不受影响地通过,这可能会带来一些有趣的应用。这项研究的作者约里克-范-德-格鲁普(Jorik van de Groep)说:"这种镜片可用于这样的应用:通过镜片的视线不应受到干扰,但可以利用一小部分光线来收集信息。这使它成为增强现实等可穿戴眼镜的完美选择。"研究小组表示,下一步将研究该技术能否用于制造更复杂的涂层,通过微小的电击激活涂层。这项研究发表在《纳米快报》(Nano Letters)杂志上。 ... PC版: 手机版:

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新型螺旋多焦点镜片眼镜能让视力不佳者看得更清晰、更远 研究人员开发出一种新型透镜,利用螺旋形表面在不同光线条件下保持不同距离的清晰聚焦。我们眼睛中的镜片会自然地将光线聚焦到视网膜上,但遗传、环境或年龄等因素会扰乱焦点。如果太靠前或太靠后,世界就会变得模糊不清。值得庆幸的是,矫正镜片可以根据每个人的不同需求,通过特定的弧度、厚度和形状来抵消这种情况。镜片通常只有一个焦点,但现在多焦点镜片也很常见例如,你的眼镜上端可能是远视矫正,下端可能是阅读矫正。但这些镜片可能会出现变形或其他问题。在这项新研究中,法国光子学、数值和纳米科学实验室(LP2N)的科学家们开发出了一种新型透镜,他们称之为"螺旋屈光镜"。顾名思义,这种镜片呈螺旋状,能在视野中形成三个不同的焦点。这项研究的作者伯特兰-西蒙(Bertrand Simon)说:"与现有的多焦点镜片不同,我们的镜片在各种光线条件下都表现良好,而且无论瞳孔大小如何,都能保持多焦点性。对于潜在的植入用户或老年性远视患者来说,它可以提供持续清晰的视力,有可能给眼科带来革命性的变化"。螺旋设计产生了所谓的光学漩涡,基本上就像下水道里的水流淌一样,让光线旋转起来。新透镜是利用先进的数字加工技术模压成螺旋状的,研究小组可以通过改变螺旋的扭曲程度来调整透镜的质量。测试镜头的方法很老套看光板上的数字字母看起来有多清晰。志愿者们表示,在不同的距离和不同的照明条件下,图像看起来都更加清晰。但这并不是一个完美的解决方案。传统镜片在特定距离上看起来非常清晰,但在其他距离上却非常模糊,而新镜片则将其平均化,使观众在整个范围内都能获得足够清晰的视力,但却无法达到普通镜片的峰值。这听起来像是一种权衡,但在某种程度上,它与Presbyond 手术的原理类似,后者使用激光将两只眼睛矫正到不同的焦点,以获得更好的平均清晰度。这种新型透镜可用于隐形眼镜(如图所示)、治疗白内障的眼内植入物以及制造新型微型成像系统。该团队计划研究新镜片在现实世界中矫正视力的效果,并表示它还能改进其他技术。西蒙说:"这种新型透镜可以大大改善人们在光线变化条件下的视觉深度。这项技术的未来发展还可能带来紧凑型成像技术、可穿戴设备以及无人机或自动驾驶汽车遥感系统的进步,从而使它们更加可靠和高效。"这项研究发表在《光学》杂志上。 ... PC版: 手机版:

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科学家正试图利用太阳的力量来放大广播 以便与地外文明建立通信 由于电磁信号的强度在遥远天体间传播是微不足道的,而且宇宙中还有各种各样电磁波所谓的“空间噪声”的干扰,直接发送电磁波建立天体间通信几乎不可能。所以只能想办法放大电磁波来取得联系,我已经想不起来《三体》中这个放大广播具体是如何描述的,但是现实世界中有一种非常科学的方法确实可以利用太阳的力量来增强电磁波,并且有机会做到星际间两点的通信传输错误率只有两百万分之一。那么,这到底是如何实现的呢,太阳的作用又是什么呢?这个其实就是利用太阳的引力透镜效果。我们知道装满水的玻璃杯会扭曲玻璃后面或内部的光线;在摄影镜头中,如果不进行校正,图像就会弯曲并且看起来不真实。总之光线穿过一个光学透镜,它就不会走之前的直线了,其实引力也有这样的效果准确的说是大质量的天体也能实现这个效果。当光线穿过大质量天体的周围时,它就会扭曲(天体质量小时扭曲可忽略),就像是光线穿过透镜一样,所以这种现象被称为引力透镜。之所以我们前文要对引力引发的这个效果后面加一个修饰表示那是大质量天体引发的,是因为众所周知,光是没有质量的,那么引力如何让它扭曲了呢?时空扭曲示意图 Mysid其实答案非常简单,根本没有引力,引力只是我们自己的感受或者想象出来的而已,而光线扭曲的原因是天体的质量导致空间发生了扭曲,所以即便没有质量的光线也被扭曲了,因为它经过扭曲的空间。这正是爱因斯坦广义相对论试图告诉我们的,而实际上引力透镜就是爱因斯坦广义相对论的第一个直接证据,当然之后引力波再次证明爱因斯坦是正确的。引力透镜现象可以让我们看到大质量天体后面的天体,这些天体如果没有引力透镜的作用,以我们现有的技术根本无法看到。至于我们看到的是什么样的,取决于透镜对光线的扭曲情况主要就是大质量天体的质量,以及它与成像天体(光源)、观察者的分布。当我们在地球上观察时,观察者的位置固定,那么所成的像自然就是完全取决取决于透镜和光源。时空扭曲示意图 Mysid图:爱因斯坦环这里有一个有趣的现象,就是当透镜和目标光源几乎完美对齐的时,那么地球上可以看到一个环形,这个被称为爱因斯坦环。图:这个图片很好引力透镜导致观想扭曲,但是放大了背景星系(AI翻译)当然,引力透镜某种意义上会放大目标扭曲后再聚焦到一点的效果,就像是光学透镜的效果一样。不过与光学透镜不同的是,引力透镜的光线在焦点之后不会发散(你可以用凸透镜试试光学透镜聚焦后在拉长,光线就发散),它会沿着焦点轴一直保持固定这意味着焦点之后的每一个点都是引力透镜的焦点。可以说引力透镜就是我们观察宇宙的重要“工具”,但是这和太阳有什么关系?与通信又有什么关系呢?图源:NASA Ames/SETI Institute/JPL-Caltech其实引力透镜不仅会扭曲光线,包括无线电波在内的其它任何波长的电磁波都会以相同方式扭曲,这意味着无线电波也会被放大。太阳的质量已经足够大,它足够扭曲空间让自己变成一个“透镜”,这意味着我们可以直接利用太阳的引力透镜来做很多事情,当然也包括增强我们发射的无线电波。所以,一些科学家认为,太阳就是人类能找到最好的“通讯设备”。但是要利用这个“通讯设备”并没有想象得容易,首先第一点就是我们必须在焦点之外才能发送和接收信号。焦点也就是光线经过太阳的引力透镜后聚焦的地方,这个距离是多长呢?其实有公式可以计算出来,对于太阳而言,最短距离是550AU地球到太阳距离的550倍,这个距离是太阳系老的第九大行星冥王星和太阳距离的14倍。以人类现有科技,要把无线电设备送到这个距离非常不容易,而且设备要到达那个位置也需要相当长的时间。不过,早在1992年就已经有人提出了FOCAL任务(焦点任务),试图把探测器送到太阳的引力透镜焦点之外,并以此筹备资金。这里还有一点需要提一下,就是太阳的日冕会对电磁波造成干扰,不过这个影响会随着距离拉远而减小。我们前面提到过,引力透镜的成像在焦点之后不会发散,这是个天大的好消息,但是坏消息是要把设备送到更远的地方会更难。不过,无论如何,将太阳作为增强通讯的手段是未来深空探索的重要手段,甚至可能是唯一手段。深空通讯示意图,图源:Claudio Maccone另外,有学者经过自己的结算,如果在距离我们最近的恒星系统中的半人马座α星(也就是南门二,它比太阳大)的焦点处也放置通讯设备,那么可以实现这两点(太阳和半人马座α星)间通讯错误率仅为两百万分之一,另外发射功率也小得惊人只需十分之一毫瓦。最后我们现在试图将太阳作为通讯设备,那么是不是意味着比我们更加先进的文明也在这么做呢?其实,大部分科学家对此都表示赞同的,只要文明发展到一定程度,好奇心和探索需求的驱使,就会让文明去建造这种通讯设备。所以,虽然我们现在“太阳增强通讯”还只是在思想中,但是很可能有其它文明已经在自己恒星的焦点处安放了设备。那么这意味着我们只要搜寻特定的波长,就有机会窃听潜在的地外文明无线电信息,这个是现在一些科学团队在做的事情,只是暂时都还没有进展,不过接下去人工智能的发展可能对此会很有帮助。 ... PC版: 手机版:

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罗曼望远镜的强大能力将带来测量宇宙膨胀率的新维度

罗曼望远镜的强大能力将带来测量宇宙膨胀率的新维度 这幅哈勃太空望远镜拍摄的图像显示,一个星系嵌入一个巨大的星系团中,其强大的引力产生了其背后遥远的一颗超新星的多幅图像。图像显示了该星系在一个名为 MACS J1149.6+2223 的大型星系团中的位置,距离超过 50 亿光年。在该星系的放大插图中,箭头指向爆炸恒星的多幅图像,该恒星被命名为雷夫斯达尔超新星,距离地球 93 亿光年。资料来源:NASA、ESA、Steve A. Rodney(JHU)、Tommaso Treu(UCLA)、Patrick Kelly(UC Berkeley)、Jennifer Lotz(STScI)、Marc Postman(STScI)、Zolt G. Levay(STScI)、FrontierSN 小组、GLASS 小组、HFF 小组(STScI)、CLASH 小组。其中一个团队特别注重训练罗曼寻找引力透镜超新星,这种天体可以用于测量宇宙膨胀率的独特方法。他们说,罗曼对这些难以捉摸的透镜超新星的研究对宇宙学的未来有着巨大的潜力。美国国家航空航天局(NASA)的南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜是为了纪念 NASA 的第一位首席天文学家而命名的,它代表着我们在探索了解宇宙的道路上的一次飞跃。这个尖端天文台计划于 2027 年 5 月发射,旨在探索暗能量的奥秘、研究系外行星,并以前所未有的清晰度揭示宇宙的膨胀速度。罗曼太空望远镜利用先进的技术对宇宙进行大范围、细致的观测,将为我们提供对宇宙的重要见解,增强我们对宇宙组成、结构和演化的了解。资料来源:美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心天文学家正在研究宇宙中最紧迫的谜团之一宇宙膨胀的速度他们正准备利用美国国家航空航天局的南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜(Nancy Grace Roman Space Telescope),以一种新的方式研究这个谜团。一旦罗曼望远镜于 2027 年 5 月发射升空,天文学家们将在罗曼望远镜的大范围图像中寻找引力透镜状超新星,这些超新星可以用来测量宇宙的膨胀速度。天文学家有多种独立的方法来测量宇宙目前的膨胀率,即哈勃常数。不同的技术得出不同的值,称为哈勃张力。罗曼的大部分宇宙学研究都将针对难以捉摸的暗能量,因为暗能量会影响宇宙随时间的膨胀。这些研究的一个主要工具是一种相当传统的方法,它将 Ia 型超新星等天体的固有亮度与其感知亮度进行比较,从而确定距离。另外,天文学家也可以使用罗曼法来研究重力透镜超新星。这种探索哈勃常数的方法与传统方法不同,因为它基于几何方法,而不是亮度。这幅插图利用哈勃太空望远镜拍摄的雷夫斯达尔超新星图像,展示了大质量星系团MACS J1149.6+2223的引力是如何弯曲并聚焦来自其背后的超新星的光线,从而产生爆炸恒星的多幅图像的。这种现象被称为引力透镜。引力透镜超新星为天文学家提供了一种计算哈勃常数宇宙加速的速率的独特方法。一个研究小组正准备利用美国宇航局即将于 2027 年 5 月发射的南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜,让天文学家发现并研究这些罕见的天体。上图显示,当恒星爆炸时,它的光线穿过太空,遇到前景星系团。如果没有星系团,天文学家将只能探测到直射地球的超新星光线,并且只能看到超新星的单一图像。然而,在超新星多重成像的情况下,光路会被星系团的引力弯曲,并重新定向到新的光路上,其中有几条光路是指向地球的。因此,天文学家可以看到爆炸恒星的多幅图像,每幅图像都对应着其中一条改变的光路。每幅图像穿过星团的路线不同,到达地球的时间也不同,部分原因是光线到达地球的路径长度不同。精确测量多幅图像之间到达时间的差异,就可以得出一个距离组合,从而限制哈勃常数。在下图中,重定向光线穿过星团中的一个巨大椭圆星系。这个星系又增加了一层透镜作用,再一次改变了原本会错过我们的几条光路的方向,并将它们聚焦,使它们能够到达地球。资料来源:NASA、ESA、Ann Feild(STSCI)、Joseph DePasquale(STSCI)、NASA、ESA、Steve A. Rodney(JHU)、Tommaso Treu(UCLA)、Patrick Kelly(UC Berkeley)、Jennifer Lotz(STSCI)、Marc Postman(STSCI)、Zolt G. Levay(STSCI)、FrontierSN 小组、GLASS 小组、HFF 小组(STSCI)、CLASH 小组。引力透镜的前景位于巴尔的摩的空间望远镜科学研究所(STScI)的卢·斯特罗格是准备对罗曼望远镜进行研究的团队的共同负责人,他说:"罗曼是让引力透镜超新星研究起飞的理想工具。这些天体非常罕见,而且很难发现。我们不得不靠运气才能及早发现其中的几个。罗曼的大视野和高分辨率重复成像将有助于提高这些机会"。天文学家利用各种天文台,如美国宇航局的哈勃太空望远镜和詹姆斯-韦伯太空望远镜,在宇宙中发现了八颗引力透镜状超新星。然而,由于超新星的类型及其延时成像的持续时间,这八个超新星中只有两个是测量哈勃常数的可行候选者。当来自恒星爆炸等天体的光线在飞往地球的途中穿过星系或星系团,并被巨大的引力场偏转时,就会发生引力透镜现象。光线沿着不同的路径分裂,在天空中形成我们看到的超新星的多个图像。根据不同路径之间的差异,超新星图像会出现几小时到几个月,甚至几年的延迟。精确测量多幅图像之间到达时间的差异,就能得出距离组合,从而限制哈勃常数。罗曼望远镜的广泛勘测将能够以比哈勃更快的速度绘制宇宙地图,它在单幅图像中"看到"的面积是哈勃的 100 多倍。特别是,高纬度时域巡天将重复观测同一天空区域,这将使天文学家能够研究随时间变化的目标。这意味着将有大量的数据每次超过 50 亿像素需要进行筛选,以发现这些非常罕见的事件。斯特罗格是该计划的共同负责人,他是 STScI 的贾斯汀-皮埃尔(Justin Pierel)。他解释说:"这台新望远镜将使我们能够在一张快照中看到整个森林,而不是收集几张树木的照片。"由斯特罗格和皮埃尔领导的 STScI 小组正在通过美国宇航局太空和地球科学研究机会(ROSES)南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜研究和支持参与机会计划资助的一个项目,为在罗曼数据中发现引力透镜超新星奠定基础。皮埃尔说:"由于这些超新星非常罕见,要充分利用引力透镜超新星的潜力,就必须做好充分准备。我们希望提前准备好寻找这些超新星的所有工具,这样当数据到来时,我们就不用浪费任何时间来筛选数以兆字节计的数据了"。该项目将由美国国家航空航天局(NASA)各中心和全国各大学的研究人员组成的团队实施。准备工作将分几个阶段进行。研究小组将创建数据还原管道,用于在罗曼成像中自动检测引力透镜超新星。为了训练这些管道,研究人员还将创建模拟成像:需要 50000 个模拟透镜,而目前已知的实际透镜只有 10000 个。斯特罗格和皮埃尔团队创建的数据缩减管道将补充正在创建的管道,以便利用 Ia 型超新星研究暗能量。"罗曼望远镜确实是创建黄金标准引力透镜超新星样本的第一次机会,"斯特罗格总结道。"我们现在的所有准备工作都将产生所需的所有成分,以确保我们能够有效地利用宇宙学的巨大潜力"。编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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