यहां तक कि अल्बर्ट आइंस्टीन भी प्रभावित हुए होंगे। सामान्य सापेक्षता का उनका सिद्धांत, जो बताता है कि कैसे एक विशाल वस्तु का गुरुत्वाकर्षण, जैसे कि एक तारा, अंतरिक्ष और समय को वक्र कर सकता है, का उपयोग बुध की कक्षा में छोटे बदलाव, आकाशगंगाओं और ब्लैक होल द्वारा गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग की भविष्यवाणी करने के लिए किया गया है। गुरुत्वाकर्षण तरंगों का अस्तित्व अब, नए शोध से पता चलता है कि बेंच-टॉप प्रयोगशाला प्रयोगों में सामान्य सापेक्षता के प्रभावों का अध्ययन करना जल्द ही संभव हो सकता है।
जियांग झांग, अमेरिकी ऊर्जा विभाग के लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी (बर्कले लैब) के एक संकाय वैज्ञानिक और कैलिफोर्निया बर्कले विश्वविद्यालय में प्रोफेसर, एक अध्ययन का नेतृत्व करते हैं जो अंतरिक्ष समय के साथ प्रकाश और पदार्थ की बातचीत को दर्शाता है, जैसा कि सामान्य सापेक्षता द्वारा भविष्यवाणी की गई है, कर सकते हैं कृत्रिम ऑप्टिकल सामग्री की नई नस्ल का उपयोग करके अध्ययन किया जा सकता है जिसमें प्रकाश और विद्युत चुम्बकीय विकिरण के अन्य रूपों को मोड़ने की असाधारण क्षमता होती है।
झांग कहते हैं, 'हम कृत्रिम ऑप्टिकल सामग्री के नए उभरे क्षेत्र के बीच खगोलीय यांत्रिकी के बीच एक लिंक का प्रस्ताव देते हैं, इस प्रकार एक टेबल-टॉप प्रयोगशाला सेटिंग में खगोलीय घटनाओं की जांच करने की एक नई संभावना खुलती है।' 'हमने विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए ऑप्टिकल मीडिया का एक नया वर्ग पेश किया है जो जटिल गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों के अधीन आकाशीय पिंडों में देखी गई आवधिक, अर्ध-आवधिक और अराजक गति की नकल कर सकता है।'
बर्कले लैब के मैटेरियल्स साइंसेज डिवीजन के एक प्रमुख अन्वेषक और यूसी बर्कले के नैनो-स्केल साइंस एंड इंजीनियरिंग सेंटर के निदेशक झांग कृत्रिम ऑप्टिकल सामग्री के निर्माण में अग्रणी रहे हैं। पिछले साल, उन्होंने और उनके शोध समूह ने तब सुर्खियां बटोरीं जब उन्होंने अद्वितीय मेटामटेरियल्स - धातुओं और डाइलेक्ट्रिक्स के कंपोजिट्स का निर्माण किया - जो प्रकाश को पीछे की ओर मोड़ने में सक्षम थे, एक ऐसी संपत्ति जिसे नकारात्मक अपवर्तन के रूप में जाना जाता है जो प्रकृति में अभूतपूर्व है। हाल ही में, उन्होंने और उनके समूह ने नैनोस्ट्रक्चर्ड सिलिकॉन से एक 'कालीन लबादा' बनाया, जो ऑप्टिकल डिटेक्शन से इसके नीचे रखी वस्तुओं की उपस्थिति को छुपाता है। झांग ने कहा, इन प्रयासों ने न केवल यह सुझाव दिया कि वास्तविक अदृश्यता सामग्री पहुंच के भीतर है, बल्कि परिवर्तन प्रकाशिकी की दिशा में एक बड़े कदम का भी प्रतिनिधित्व करती है जो 'इच्छा पर प्रकाश में हेरफेर करने का द्वार खोल देगा।'
अब उन्होंने और उनके शोध समूह ने प्रदर्शित किया है कि 'निरंतर-सूचकांक फोटॉन जाल' या सीआईपीटी नामक मेटामटेरियल्स का एक नया वर्ग ब्रॉडबैंड और विकिरण मुक्त 'परिपूर्ण' ऑप्टिकल गुहाओं के रूप में काम कर सकता है। CIPT, ब्लैक होल और ग्रेविटेशनल लेंस जैसी खगोलीय घटनाओं के समान प्रकाश को नियंत्रित, धीमा और ट्रैप कर सकते हैं। घुमावदार स्पेसटाइम में सितारों की गति और प्रयोगशाला में इंजीनियर ऑप्टिकल मेटामटेरियल्स में प्रकाश के प्रसार के बीच इस समानता को 'ऑप्टिकल-मैकेनिकल सादृश्य' कहा जाता है।
झांग का कहना है कि इस तरह के विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए मेटामटेरियल एक नियंत्रित प्रयोगशाला वातावरण के तहत गुरुत्वाकर्षण क्षमता में बड़े पैमाने पर आकाशीय पिंडों की गति का अध्ययन करने के लिए मूल्यवान उपकरण हो सकते हैं। खगोलविदों द्वारा इस तरह की खगोलीय घटनाओं के अवलोकन अक्सर अव्यवहारिक होते हैं क्योंकि खगोलीय पैमाने पर बातचीत के लंबे समय के पैमाने होते हैं।
झांग कहते हैं, 'अगर हम अपने ऑप्टिकल मेटामटेरियल स्पेस को नए निर्देशांक में घुमाते हैं, तो वास्तविक अंतरिक्ष में सीधी रेखाओं में यात्रा करने वाला प्रकाश हमारे परिवर्तनकारी प्रकाशिकी के मुड़ स्थान में घुमावदार होगा।' 'यह बहुत कुछ वैसा ही है जैसा स्टारलाइट के साथ होता है जब यह गुरुत्वाकर्षण क्षमता से गुजरता है और घुमावदार स्पेसटाइम का अनुभव करता है। क्लासिक इलेक्ट्रोमैग्नेटिज्म और सामान्य सापेक्षता के बीच यह एनालॉग हमें गुरुत्वाकर्षण लेंस जैसे सापेक्षता घटना का अध्ययन करने के लिए ऑप्टिकल मेटामटेरियल्स का उपयोग करने में सक्षम कर सकता है।
अपने प्रदर्शन अध्ययनों में, टीम ने हवा की एक मिश्रित संरचना और अर्धचालक गैलियम इंडियम आर्सेनाइड फॉस्फाइड (GaInAsP) का उपयोग किया। इस सामग्री ने इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रल रेंज पर संचालन प्रदान किया और कम अवशोषण के साथ एक उच्च अपवर्तक सूचकांक दिखाया।
अपने पेपर में, झांग और उनके सहकर्मी ऑप्टिकल-मैकेनिकल सादृश्य के लिए कृत्रिम ऑप्टिकल सामग्री को लागू करने के लिए एक विशेष रूप से दिलचस्प संभावना के रूप में उद्धृत करते हैं, जिसे अराजकता के रूप में जाना जाता है। गतिशील प्रणालियों में अराजकता की शुरुआत विज्ञान में सबसे आकर्षक समस्याओं में से एक है और आणविक गति, जनसंख्या गतिशीलता और प्रकाशिकी जैसे विविध क्षेत्रों में देखी जाती है। विशेष रूप से, एक तारे के चारों ओर एक ग्रह अराजक गति से गुजर सकता है यदि कोई अन्य बड़ा ग्रह, जैसे कोई परेशानी मौजूद हो। हालांकि, आकाशीय पिंडों के बीच बड़ी स्थानिक दूरी और उनकी गतिकी के अध्ययन में शामिल लंबी अवधि के कारण, अराजक ग्रहों की गति का प्रत्यक्ष अवलोकन एक चुनौती रही है। ऑप्टिकल-मैकेनिकल सादृश्य के उपयोग से ऐसे अध्ययनों को बेंच-टॉप प्रयोगशाला सेटिंग में मांग पर पूरा किया जा सकता है।
'खगोलविदों के विपरीत, हमें प्रयोगात्मक परिणाम प्राप्त करने के लिए 100 साल इंतजार नहीं करना पड़ेगा,' झांग कहते हैं।
'मेटामैटिरियल्स में मिमिकिंग सेलेस्टियल मैकेनिक्स' शीर्षक वाला पेपर अब नेचर फिजिक्स पत्रिका में ऑनलाइन उपलब्ध है।
स्रोत: लॉरेंस बर्कले नेशनल लैब