Nobliści z fizyki: dali nam szybki internet i kamery w komórkach

Nagrodę Nobla 2009 z fizyki otrzymali: Charles K. Kao (Chiny/Wielka Brytania) za "przełomowe osiągnięcia dotyczące transmisji światła we włóknach optycznych" oraz Willard S. Boyle (Kanada/USA) i George E. Smith (USA) za "wynalezienie połprzewodnikowego obwodu obrazującego - sensora CCD".

Kao otrzyma połowę nagrody, która wynosi 10 mln koron szwedzkich (1,42 mln USD), a Boyle i Smith podzielą się drugą połową.

W roku 1966 Charles Kuen Kao dokonał przełomowego odkrycia dotyczącego włókien optycznych. Światło pozwala przesyłać tysiące razy więcej informacji niż fale radiowe. Kao obliczył, że wykonane z najczystszego szkła światłowody mogłyby pozwolić na przesyłanie światła na odległość ponad 100 kilometrów (w latach 60. udawało się to dla odległości najwyżej 20 metrów).

Już w 1971 roku udało się uzyskać pierwsze włókna z ultraczystego szkła. Dziś sieci światłowodowe łączą cały świat, umożliwiając ciągły przepływ gigantycznych ilości informacji. Rozmowy telefoniczne, muzyka, teksty, obrazy, transmisje telewizyjne - wszystko to jest przesyłane cienkimi szklanymi nitkami z jednego końca świata na drugi w ułamku sekundy.

Obecnie długość wszystkich włókien optycznych w sieciach światłowodowych oblicza się na ponad miliard kilometrów - i wciąż dołączane są tysiące kilometrów nowych włókien.

Dużą cześć krążącej światłowodami informacji stanowią cyfrowe obrazy, uzyskiwane dzięki urządzeniu, za które przyznano tegorocznego Nobla także Willardowi Sterlingowi Boyle'owi i George'owi Elwoodowi Smith'owi. W roku 1969 wynaleźli cyfrowy sensor (matrycę) CCD. Początkowo matryce CCD były stosowane w astronomii do rejestrowania obrazów gwiazd, ale z czasem, po ulepszeniu trafiły do kamer, skanerów, cyfrowych aparatów fotograficznych i telefonów komórkowych.

Technologia CCD, będącego swego rodzaju "elektronicznym okiem", opiera się na efekcie fotoelektrycznym, odkrytym przez Alberta Einsteina. Pod wpływem światła powstają elektryczne sygnały - głównym problemem było zaprojektowanie czujnika, który pozwalałby gromadzić i odczytywać sygnały z wielkiej liczby punktów obrazu (pikseli) w bardzo krótkim czasie. Obecnie stosowane przez astronomów matryce CCD mają nawet ponad 100 milionów pikseli, zespoły matryc - kilka miliardów, a niektóre z dostępnych na rynku amatorskich aparatów cyfrowych pozwalają zarejestrować ponad 1000 klatek filmu na sekundę. Elektroniczne obrazy można przesyłać, kopiować i gromadzić nieporównywalnie łatwiej niż zdjęcia z tradycyjnych aparatów fotograficznych na film.

Matryce CCD znalazły zastosowanie w wielu dziedzinach nauki, w tym także w medycynie. Reagują zarówno na podczerwień, jak i na promieniowanie rentgenowskie, mogą być 1000 razy bardziej wrażliwe na światło niż film fotograficzny. Pozwalają uzyskiwać obrazy najbardziej odległych zakątków wszechświata, głębin mórz i wnętrza ludzkiego ciała. Konkurują z nimi działające w nieco odmienny sposób cyfrowe przetworniki CMOS.