Svetlo vnímame ako prirodzenú samozrejmosť každodenného života, avšak bez svetla by nebolo života, nikdy by nevznikol. Čo to vlastne svetlo je? Na túto jednoduchú otázku neexistuje jednoznačná odpoveď ani vo vedeckej komunite, hoci účinky svetla dokážeme využívať mnohorakým spôsobom. Pojem svetlo sa používa nie len v súvislosti s videním (svetlo je žiarenie umožňujúce vnímanie zrakom), ale napr. aj v súvislosti s ľudskými vlastnosťami: niekto kto je svetlý, je vznešený, ušľachtilý, radostný, šťastný, alebo napr. v súvislosti s poznaním a pravdou: „Nič nežiari jasnejšie, ako svetlo pravdy“ (M. T. Cicero). O tom, čo je svetlo nie len z vedeckého, ale aj z filozofického pohľadu, sme sa zhovárali s RNDr. Dušanom Chorvátom, PhD., z Medzinárodného laserového centra CVTI SR.
Ako by ste vlastnými slovami vysvetlili, čo je svetlo a prečo svieti?
Svetlo je tá časť elektromagnetických vĺn ktorú bezprostredne vnímame a vidíme. Podobne ako zvuk, má svetlo ako vlna svoju primárnu frekvenciu / vlnovú dĺžku, ktorá zodpovedá jeho energii a často sa mýli s výrazom „farba“. Farba svetla, podobne ako farba zvuku, je daná jeho spektrom. Spektrum popisuje, akú zmes rôznych vlnových dĺžok má svetlo, ktoré sa snažíme opísať. Preto napríklad hovoríme o ružovej alebo hnedej farbe predmetov, aj keď takéto vlnové dĺžky svetla neexistujú (videli ste napr. hnedý laser?). Biele svetlo je potom žiarenie, ktoré obsahuje všetky viditeľné vlnové dĺžky v kontraste so svetlom monochromatickým, ktoré má iba jednu frekvenciu a najčastejšie sa s ním stretávame pri laseroch.
V bežnej reči svetlo často predstavuje zovšeobecnenie elektromagnetického žiarenia – napríklad prenos informácií „svetlom“ v optických vláknach sa v skutočnosti odohráva na vlnovej dĺžke 1550nm alebo 1310nm, ktoré vôbec nevnímame. Najdôležitejšou vlastnosťou svetla je jeho prostredník – častica fotón, ktorá prenáša energiu priestorom. Otázka „prečo“ svieti svetlo, má odpoveď skrytú úplne inde, pretože sa skrýva v hmote. Keď elektrón v atóme zmení svoju energiu, napr. pri prechode z vyššej energetickej hladiny na nižšiu, atóm vyžiari (emituje) fotón ktorého energia a teda aj vlnová dĺžka je presne daná rozdielom energií týchto hladín.
Bola by z filozofického pohľadu odpoveď na otázku „čo je svetlo?“ odlišná od tej vedeckej?
Táto otázka je veľmi zaujímavá. Svetlo vieme fyzikálne popísať, ale filozoficky vlastne netušíme, čo vlastne je. Svetlo „zosobnené“ vo forme fotónu je totiž časticou, ale zároveň vlnou. Fotograf, inžinier vyvíjajúci televízor či kvantový fyzik, vedia ako svetlo ovládať a využívať, ale to neznamená že mu rozumejú. Ak chceme svetlo skutočne pochopiť, musíme porozumieť jazyku interakcie zložitých viacrozmerných vzorov a vĺn. Jedným z najpozoruhodnejších výrokov Nikola Teslu je pre mňa tento: „Ak chcete pochopiť tajomstvá vesmíru, myslite na energiu, frekvenciu a vibrácie“. Štúdium matematiky je dnes pomerne nepopulárne, avšak pre porozumenie vĺn a spôsobu ako sa prenáša energia, si potrebujeme prirodzene osvojiť prácu s komplexnými číslami, ktoré sú kľúčom k riešeniu základných rovníc fyziky a tiež základom úplne nového videnia sveta. Lebo keď sa stretnú vlny, jednoduchá aritmetika 1+1=2 už neplatí. Výsledkom prelínania dvoch vĺn môže byť +1, -2 alebo 0, a všetko to závisí od ich frekvencie, veľkosti a fázy. Je to akoby iný svet, v ktorom však reálne žijeme. Okrem fyziky a optiky, najdôležitejšou oblasťou kde vlny a ich vzájomné interakcie zohrávajú kľúčovú úlohu, je naše vlastné myslenie, preto aj na popis inteligencie a vedomia, bude potrebný podobný jazyk (spektrálna a frekvenčná analýza sa v tejto oblasti používa už dnes).
Svetlo a jeho interakcia s hmotou je zaujímavá aj z iného hľadiska. Jedným z vynálezov už spomenutého Nikola Teslu bol prenos energie priestorom. Fungujú tak dnes naše mobily, internet, satelity. Na efektívny prenos energie potrebujeme vysielač a prijímač vhodnej dĺžky, ktoré sú schopné prenášať vlny určitej dĺžky. No podobne ako sa nepodarí vylúdiť na píšťale tón, ktorý nezodpovedá jej tvaru, nedá sa prenášať energia medzi dvomi systémami, ktoré nie sú vo vzájomnej rezonancií. Pre ľudí by hlbšie rešpektovanie tohto princípu mohlo priniesť mnoho úžitku – veď maximalizácia účinku s minimálnou vynaloženou energiou je snom každého ekológa, ale aj ekonóma. To ale znamená, že musíme byť schopní naladiť sa, obsiahnuť v mysli to, čo riešime a nájsť skutočne optimálne riešenia. Potrebujeme naprojektovať optimálne mesto budúcnosti? Stačí sa pozrieť na architektúru listu a stromu, jeho dopravné tepny, jeho zdroje energie, jeho redundanciu a skrytú matematickú krásu. Pretože energia skrytá vo svetle sa prejavuje až vtedy, keď sa mení na inú formu, či už je to chemická reakcia v chlorofyle alebo nervový vnem z našich očí. A každý strom na Zemi vznikol ako odpoveď na prastarú otázku ako najlepšie zachytiť energiu svetla a premeniť ho na živý organizmus.
Vo filme Hviezdne vojny (Star wars) z r. 1974 sa v jednej zo scén v súboji stretli dvaja bojovníci s mečmi, pričom tieto meče boli lasermi, ktoré pri vzájomnom dotyku neprešli cez seba, ale sa navzájom od seba odrážali, akoby boli pevné. Teoreticky, je niečo také možné a čo to vlastne laser je? Na čo všetko sa dá využiť?
Svetlo je energia, nie hmota, preto sa dva svetelné lúče ovplyvňujú iným spôsobom ako je vo filme zobrazené. V prípade nízkeho výkonu sa neovplyvňujú vôbec (prejdú cez seba bez zmeny vlastností), existujú však podmienky pri ktorých je energia sústredená v priestore taká vysoká, že ovplyvňuje elektromagnetické pole, a teda laser dokáže zmeniť vlastnosti svetla ktoré ním prechádza. Nie je to však mechanické pôsobenie ako je odraz dvoch mečov. Je tiež dôležité si uvedomiť, že lúče v skutočnosti vidíme len vďaka prachu alebo molekulám vzduchu alebo vody na ktorých sa rozptyľujú – vo vákuu by sme aj z toho najsilnejšieho lúča nevideli zboku vôbec nič, pretože tam neexistuje žiadna látka ktorá svetlo odrazí k nám.
Názov LASER je skratka tvorená prvými písmenami slov popisujúcich jeho činnosť – „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“ – zosilnenie svetla pomocou stimulovanej emisie svetla. Možnosť stimulovanej emisie svetla predpovedal už v roku 1917 Albert Einstein, ktorý v roku 1921 získal Nobelovu cenu za vysvetlenie fotoelektrického javu, čo bol kľúčový krok vo vývoji kvantovej teórie. Prvý laser bol zostrojený v USA v roku 1960 Theodore Maimanom na základe priekopníckych prác ruských vedcov Nikolaja Basova, Alexeja Prochorova a amerického fyzika Charlesa Townesa, za čo im bola spoločne udelená Nobelova cena v roku 1964. Na pripomenutie si dňa kedy začal fungovať prvý laser bol UNESCO určený 16. máj ako Medzinárodný deň svetla. Laser sa v dnešnej dobe využíva v rôznych oblastiach ľudskej činnosti, vo vede, technike, strojárenstve, biológii, geodézii, medicíne atď. Z laboratórneho systému sa stal jeden z najperspektívnejších vynálezov tohoto storočia, veď všetky naše informačné technológie počínajúc tvorbou čipov, cez prenos informácií, až po vizualizáciu dát, stoja na fotonických technológiách, ktorých základ položil objav laseru.
Aký máte názor na bioptrónové lampy určené na terapiu svetlom rôznych farieb. Mohli by ste vysvetliť, na akom princípe fungujú?
Využívanie svetla v medicíne má dlhú históriu. Už v starom Egypte pred štyritisíc rokmi, sa našli dokumenty o využívaní slnečného žiarenia na liečenie chorôb pokožky. Je to prirodzené, pretože každý z nás má skúsenosti s pôsobením svetla, keď sa po ožiarení UV svetlom opálime, ale v silnom infračervenom svetle sa naopak prehrejeme. V Európe sme sa vrátili k využívaniu svetla na liečenie krivice, tuberkulózy a pokožky v 19. storočí, kedy dánsky vedec a lekár Niels Ryberg využil umelé svetlo na terapeutické účely a založil Inštitút svetla v Kodani. Aj využitie lasera v medicíne sa začalo už deväť rokov po jeho zostrojení. Ako priekopník v laseroterapii sa považuje Dr. Endre Mester z Maďarska, ktorý v roku 1969 použil laserové žiarenie malého výkonu na biostimuláciu biologických procesov. Odvtedy sa svetelná terapia nízkovýkonným laserovým žiarením ( Low Level Laser Therapy – LLLT) používa dodnes.
Bolo publikovaných veľa prác na tému využitia lasera v rôznych oblastiach medicíny ktoré ukázali, že liečba nízkovýkonným laserom je účinným spôsobom liečenia pre jeho analgetické (proti bolesti), antiflogistické (proti zápalu) a biostimulačné pôsobenie, aj keď o presných mechanizmoch tohto účinku sa vo vede diskutuje dodnes. V princípe ide o stimuláciu bunkových procesov pri ktorých sa nabudí metabolizmus alebo tvorba proteínov, čo vedie v rôznych bunkách a tkanivách k liečivým účinkom rôznej povahy. Farba, alebo presnejšie vlnová dĺžka svetla je pri tom dôležitá, pretože ako sme už spomínali, tá zodpovedá jeho energií, ktorá sa v molekulách uvoľňuje a spúšťa bunkovú odozvu prostredníctvom kaskád rôznych biochemických reakcií. Biolampy sa využívajú ako lacnejšia náhrada laserov s nižším účinkom ale zvýšeným komfortom, a pre výrobcov hlavne jednoduchším procesom schvaľovania na trh.
S rozvojom techniky sa vyvíjajú aj zdroje svetla, obzvlášť LED osvetlenie teraz zažíva úplný boom, pre svoju nízku spotrebu. Prečo sa ale tak vo veľkom využíva studené biele svetlo, vyzerajúce akoby bolo studené, sychravé počasie?
Veľmi dobrá otázka, odpoveď na ňu však nepoznám. Môže ísť o psychologický efekt, kedy mladšia generácia a dynamický spôsob života preferuje výrazné a modré svetlo pretože sa viaže k stimulácií a aktivite, na rozdiel od žltého a červeného svetla ktoré máme prirodzene spojené s odpočinkom a pokojom. Trh a záujem zákazníkov je síce silný argument, je ale dôležité si uvedomiť že studené biele svetlo je vhodné naozaj iba na miestach a v čase najvyššej aktivity, inokedy nám fyziologicky môže škodiť. Studené biele svetlo simuluje plné slnečné svetlo na obed (a na horách:), používať ho v zvýšenej miere večer a najmä pred spaním vedie k poruchám spánku a metabolizmu, čo sa po čase môže prejaviť nespavosťou, únavou a psychickými problémami. Preto je na večerné čítanie vhodnejšia teplá biela alebo žlto/oranžové odtiene simulujúce oheň, na ktoré sme v tomto režime zvyknutí. Najrozumnejšie by však bolo dopriať si okrem svetla každý deň na pár hodín aj skutočnú tmu, pretože podobne ako prejedanie sa, je aj neustále vystavovanie sa silnému svetlu neprirodzené.
Čo hovoria najnovšie vedecké štúdie zamerané na vplyv bieleho studeného svetla na človeka, zvieratá a hmyz?
Po miliardy rokov sa život na Zemi vyvíjal s presne stanovenými rytmami striedania svetla a tmy, ktoré boli určené dĺžkou dňa, ročným obdobím a zemepisnou šírkou. Tieto rytmy sú zakódované v DNA všetkých rastlín a živočíchov vrátane človeka a tvoria základ našich vlastných fyziologických rytmov. Dostupnosť silného bieleho svetla kedykoľvek a kdekoľvek na Zemi narušuje tento primárny cyklus, ktorého dosahy zatiaľ ani presne nepoznáme. To, čo vieme s určitosťou je, že ľudské aktivity a sprievodné svetelné znečistenie narúšajú orientáciu vtákov a migrujúcich zvierat, priamo ohrozujú živočíchy, ktoré potrebujú noc (koraly, obojživelníky) alebo sa dorozumievajú pomocou bioluminiscencie (hmyz, planktón). Podobne, ako si sami škodíme celonočným svetlom, nechcene tiež narúšame prirodzené biorytmy u mnohých tvorov.
V skutočnosti je celý život na Zemi len usmernenou energiou, ktorá má svoj prapôvod vo svetle a jeho interakcii s hmotou. Sme „zhmotneným vlnením“ a snažíme sa zasahovať do prirodzeného chodu prírody bez toho, aby sme rozumeli tomu, čo všetko spôsobujeme. Vďaka svetlu (a menovite laserom) dokážeme dnes porozumieť času viac ako kedykoľvek v minulosti. Toto pochopenie na fyzikálnej úrovni však naráža na čím ďalej tým očividnejšie ignorovanie času ako rozhodujúcej zložky pri reálnych činnostiach. Vlna na hladine sa musí rozvinúť, nedokáže sa hýbať rýchlejšie ako jej dovolí fyzikálna podstata vody. Molekuly chlorofylu sa musia excitovať a energia svetla má svoj presne určený čas, za ktorý prejde do iných foriem a uloží sa ako zdroj potravy vo forme ATP. Tento proces sa nedá urýchliť, pretože jediným výsledkom bude zníženie efektivity celého procesu. Celá živá príroda je vyladená tak, že rešpektuje toto pravidlo, čo sa prejavuje v prirodzených biorytmoch. Keď na toto pravidlo zabudneme a ignorujeme rozdiel medzi ránom a nocou, medzi jarou a letom, nebudeme rýchlejší, ale „podarí“ sa nám byť iba menej efektívnejší. Zaujímavé, že naši predkovia toto pravidlo intuitívne dodržiavali tisíce rokov, a my v dobe technologického rozkvetu a vedomostnej spoločnosti naňho čím ďalej tým viac zabúdame.
Aké je Vaše odporúčanie, aké svetlo by sa malo v exteriéri (a vlastne aj v interiéri) používať?
Odpoviem viac filozoficky ako technicky, pretože svetlo je mnohorozmerná entita. Na úsvite dejín nám svetlo otvorilo cestu k životu a spoločnosti aké ich poznáme dnes. Naše znalosti sú však stále iba čriepkom mozaiky, z ktorej vnímame len veľmi malú časť, a odkaz ktorý nám svetlo prináša je zatiaľ skrytý. Komunikujeme rýchlosťou svetla na celej Zemi, za rohom sú kvantové počítače, mestá budúcnosti s autonómnou dopravou – ale to je stále iba začiatok. Potrebujeme rozvíjať svoje schopnosti a učiť sa nové jazyky, ktoré by nám dovolili porozumieť ako svetlu, tak procesom ktoré z neho vyplývajú. Nakrátko môže prísť éra umelej inteligencie, ale ak nemá po nej nastať civilizačná tma, musí nasledovať éra prirodzenej múdrosti. Preto je mojim želaním a odporúčaním – podobne ako hovoria fotografi – vnímajte a vyžarujte “Dobré Svetlo”, v interiéri aj v exteriéri.
Ako vnímate rozdiel medzi svetlom a Svetlom? Mimochodom, existujú vo vede v súvislosti so svetlom teórie tvrdiace, že hmota je len ochladené svetlo, energia? Napokon, v súvislosti so svetlom sa hovorí aj o vzniku sveta…
Experimentálne potvrdenú odpoveď na otázku vzniku sveta nepoznáme. Zatiaľ sú naše predstavy o možnom vzniku hmoty z energie, ako aj o zrode vesmíru / sveta v polohe teoretickej hypotézy. V poslednom čase sú vedeckým „hitom“ vo fyzike laserové technológie s veľmi krátkymi impulzami a vysokou energiou, za vývoj ktorých dostalo v posledných rokoch viacero vedcov Nobelove ceny (o.i. 2023, 2018). Na ich základe sa plánuje stavba extrémne výkonných laserov, ktoré možno dokážu odpovedať na otázku, či je možné napr. vo vákuu vybudiť vznik častíc samotným svetlom.
Za mňa osobne je svetlo základom sveta kde žijeme a všetkého čo vnímame. Už v Biblii sa spomína Svetlo hneď po počiatočnom Slove, čo asi nebude náhoda. Aj keď pravú povahu svetla zatiaľ nepoznáme, môže sa ukázať, že je dôležitejšia ako čokoľvek, čo sme doteraz mali možnosť skúmať a využívať. Je to podivuhodná substancia, ktorá už po stáročia podnecuje vedcov k prelomovým objavom, je preto možné, že nám kvantová revolúcia ukáže aj také stránky svetla, o ktorých teraz ani netušíme a možno na ne ani nie sme pripravení. Ale verím, že tak ako v minulosti, aj tentokrát nám svetlo ukáže cestu.
