Nobel za żonglowanie światłem

Zacznijmy od światłowodów. Zasada działania „rurki świetlnej” została opisana już w 1840 roku. Na początku XX wieku światłowody – jak sama nazwa wskazuje – służyły do poprowadzenia wiązki światła tam, gdzie nie było szans dotrzeć z latarką czy chociażby z żarówką. Stosowano je wtedy głównie w medycynie. Po raz pierwszy obraz światłowodem przesłano w 1920 roku. Światłowód to cienki przewód wykonany z przezroczystego materiału. Gdy światło się do jego wnętrza dostanie, nie ucieka na zewnątrz, tylko odbijając się od jego wewnętrznych ścianek, zawsze pozostaje w środku. To zjawisko zwane całkowitym wewnętrznym odbiciem. Za pomocą światłowodów informacje mogą być przesyłane bez strat (w dobrej jakości światłowodach) i niezwykle szybko.

Chińczyk z amerykańskim i brytyjskim paszportem Charles Kuen Kao w 1966 roku obliczył, jak powinien wyglądać idealny światłowód. Pierwsze cienkie jak włos włókna według wzoru Kao uzyskano na początku lat 70. XX wieku. To otworzyło drogę do komunikacji globalnej. Ta nigdy by nie powstała, gdyby informacje dalej przesyłano tylko falami radiowymi. W uzasadnieniu Komitetu Noblowskiego można znaleźć stwierdzenie, że jeśli rozwinęlibyśmy wszystkie włókna światłowodów, które znajdują się dziś na świecie, to otrzymalibyśmy nitkę długości ponad miliarda kilometrów. To wystarczyłoby na oplecenie Ziemi ponad 25 tys. razy. A łączna długość światłowodów rośnie o tysiące kilometrów z każdą godziną. To dzięki sieci, w której informacje przenosi światło, możliwy jest rozwój internetu. Ale nie tylko. Światłowodami przesyłane są sygnał telewizyjny i transmisje programów radiowych.

Przesyłane mogą być także fotografie. Za stworzenie cyfrowej fotografii nagrodzeni w tym roku zostali dwaj pozostali laureaci: Willard S. Boyle i George E. Smith. To oni wynaleźli tzw. półprzewodnikowy obwód obrazujący, czyli sensor CCD. Brzmi nieznajomo? W XXI wieku praktycznie każdy ma sensor CCD w zasięgu swojej dłoni. Mamy je w telefonach komórkowych (tych z funkcją robienia zdjęć), cyfrowych aparatach fotograficznych i kamerach. Przed CCD królowała klisza fotograficzna. Po wynalezieniu CCD robieniem zdjęć bez większych nakładów finansowych może zająć się dosłownie każdy. To po raz kolejny zbliżyło mieszkańców Ziemi, przyczyniło się do stworzenia tzw. społeczeństwa sieciowego, albo – jak nazywają to inni – globalnej wioski. Zrobione komórką cyfrowe zdjęcie w ciągu kilku części sekundy (łączami światłowodowymi) może się bowiem znaleźć na odpowiednim serwerze i zostać udostępnione każdemu, kto ma internet.

CCD wynaleziono w prywatnych Bell Telephone Laboratories w 1969 roku. Pierwsza matryca składała się dokładnie z ośmiu pikseli. Kolejna, z 1973 roku z 10 tysięcy. Dzisiaj standardem są matryce zbudowane z kilku, kilkunastu milionów elementów aktywnych. W komórkach jest zazwyczaj nie mniej niż 2–3 mln pikseli. Jak działa CCD? U podstaw leży tzw. efekt fotoelektryczny, za którego wyjaśnienie Nagrodę Nobla dostał w 1921 roku Albert Einstein. Pod wpływem światła z atomu może zostać wybity elektron. Licząc elektrony, możemy powiedzieć, ile światła padło na miejsce, z którego wyleciały. Kłopotem było stworzenie urządzenia ze zliczaniem radzącego sobie szybko i bezbłędnie. I to się udało właśnie tegorocznym laureatom Nagrody Nobla.