Что обогнало свет?

Исследовательская группа из Израильского технологического института Технион опубликовала результаты своей работы, которая стала беспрецедентным достижением в области электронной микроскопии. Ученым удалось впервые непосредственно измерить так называемые "темные точки" внутри световых волн. Это позволило подтвердить теоретическое предсказание, выдвинутое еще в 1970-х годах, согласно которому скорость этих объектов может превышать скорость света, пишет Phys.org.

Смотрите также Ученые обошли ограничения солнечной энергии, которые долгое время считали непреодолимыми

Эти загадочные темные точки по своей сути являются крошечными отверстиями в структуре волны, которые ученые называют вихрями. Фактически это просто пустое пространство без света. Подобные явления часто встречаются в природе: их можно увидеть в океанских волнах, воздушных потоках или даже в чашке кофе во время перемешивания напитка.

Хотя это звучит необычно – как будто водоворот в реке внезапно начинает обгонять течение воды, в которой он возник – этот эффект вполне реален. До сих пор это утверждение базировалось исключительно на математических расчетах, но теперь команда исследователей предоставила экспериментальное подтверждение.

Почему так происходит и нарушает ли это законы физики?

Возникает закономерный вопрос: как такое возможно, если Альберт Эйнштейн установил скорость света в вакууме как абсолютный предел Вселенной? Ответ кроется в самой природе вихрей. Теория относительности накладывает ограничения только на физическую материю, имеющую массу, а также на сигналы, которые передают энергию или информацию.

Световые вихри, обнаруженные в Технионе, не имеют массы, не переносят энергию и не служат каналом для передачи данных. Следовательно, их сверхбыстрое движение не нарушает фундаментальных принципов физики. Фактически эти объекты являются "нулевыми точками" или узлами световых волн, где амплитуда падает до нуля, образуя зоны полной темноты внутри светового поля, отмечает коллектив авторов в журнале Nature.

Как удалось об этом узнать?

Для проведения эксперимента команда разработала уникальную систему в Центре электронной микроскопии Техниона. Они соединили лазерные установки с передовым опто-механическим оборудованием в специализированном электронном микроскопе, что позволило достичь рекордного временного и пространственного разрешения.

Сами измерения проводились в гексагональном нитриде бора – материале, подготовленном профессором Хананом Херцигом Шейнфуксом из Университета Бар-Илан. В этом материале световые волны трансформируются в особые "светозвуковые" состояния, известные как поляритоны. Они движутся примерно в 100 раз медленнее, чем свет в вакууме. Именно внутри таких замедленных волн световые вихри могут совершать скачки, опережая скорость света.

Профессор Идо Каминер отметил, что это открытие освещает универсальные законы природы, общие для всех типов волн – от звука и жидкостей до сложных сверхпроводящих систем. Новая методика, основана на электронной интерферометрии, значительно улучшает четкость изображений и становится мощным инструментом для изучения наноразмерных явлений в материалах.

Дальнейшие перспективы

Исследователи убеждены, что эти инновационные методы микроскопии позволят заглянуть в скрытые процессы в физике, химии и биологии, впервые демонстрируя поведение природы в ее самые неуловимые моменты.

Наблюдение за стремительным движением световых вихрей открывает путь к новым технологиям кодирования квантовой информации, развитию оптики на основе наноструктур и глубокого исследования сверхпроводимости.