Fizikai padarė „neįmanoma“: sulėtino šviesą vakuume

Bet nuleiskit antakius nuo pakaušio, – tyrimas nekeičia fakto, kad šviesa sklinda šviesos greičiu.

Fizikos dėsniai teigia, kad bet kur Visatoje vakuume šviesa sklinda pastoviu greičiu. Priminsime, šis greitis yra 299 792 458 m/s. Ir fizikos dėsnių kol kas nesulaužėme.

Šis pastovus šviesos greitis lygtyse vadinamas paprasčiausiai „c“ (kaip garsiojoje Einšteino lygtyje E = mc2), ir kaip Myles Gough pernai mums pranešė: „Tai yra fundamentali konstanta fizikoje: ji nustato absoliučią energijos, materijos ir informacijos perdavimo greičio ribą.“

Žinoma, jums tikriausiai nėra paslaptis, kad šviesą galima priversti sklisti gerokai lėčiau – pavyzdžiui, sklisdama per vandenį, ar kokią kitą terpę, kurios lūžio rodiklis didesnis už vakuumo, šviesa sklinda lėčiau.

Tai puiku, tačiau taip neįmanoma sulėtinti šviesos, tiksliai išlaikant perduodamą informaciją – o tai darome vis dažniau optiniais kabeliais. Tad pastaraisiais metais fizikai ieškojo subtilesnių šviesos sulėtinimo būdų.

Pernai Glasgow universiteto Škotijoje vadovaujama komanda žengė pirmąjį žingsnį ir sėkmingai sulėtino šviesą vakuume. Jie tai atliko, siųsdami fotonus per „kaukę“, kuri pakeisdavo fizinę fotonų formą ir sulėtindavo jųjų kelionę.

O dabar Filipinų nacionalinio fizikos instituto komanda žengė dar toliau ir pademonstravo naują šviesos pristabdymo būdą, kai pakeičiamas jos sukimasis apie save.

Savo eksperimente fizikai naudojo šviesos pluoštus, vadinamusLaguerre-Gauss (LG) pluoštais, kurie perneša orbitinį kampinį momentą, arba OAM.

OAM yra kampinio momento tipas, kuris parodo, kiek šviesa sukasi. Jei įsivaizduotumėte šviesą, erdvėje besisukančią kaip kamščiatraukį, tai daugmaž ir galite įsivaizduoti, apie ką kalba.

Kiekvieno šviesos pluošto OAM unikalus, bet komandai pavyko parodyti, kad jie gali pakeisti LG pluoštų kampinį momentą, tiesiogiai jų netrikdydami, ir pademonstravo, kad šviesos greitis sumažėjo.

Svarbiausia, komanda prieš eksperimentus, remdamasi OAM, apskaičiavo ir nuspėjo, kiek laiko kiekvienas LG pluoštas turėtų sulėtėti.

Kaip jau minėjome, tai nereiškia, kad komanda iš tiesų pakeitė šviesos greitį – jie paprasčiausia pakeitė jos sklidimo kelią, tad ji ilgiau užtruko, kol nusigavo į paskirties tašką. Bet galimi pritaikymai dėl to ne menkiau užima kvapą.

LG pluoštai jau naudojami telekomunikacijų sistemose ir pirmuosiuose kuriamuose kompiuteriuose. Taigi, jei komanda gali tiksliai nustatyti, kiek šie pluoštai sulėtės – ar netgi kontroliuoti jų sklidimo greitį – bus įmanoma manipuliuoti informacijos srautu ir gal pagerinti šių sistemų efektyvumą.

Tai dar tik pati pradžia, tačiau šis tyrimas yra dalis vis didėjančios aibės darbų, rodančių, kad šviesos nesuprantame taip gerai, kaip kadaise manėme suprantą. Iš tiesų, prieš kelias savaites fizikai atrado visai naują šviesos formą, o anksčiau šiais metais komanda atrado fundamentalią naują elektromagnetinio spinduliavimo savybę.

Svarbiausia, visa tai rodo, kad gal šviesos greitis galiausiai nėra toks pastovus. Tiesą sakant, tai gali būti maksimali riba šviesai, sklindančiai vakuumu. Ir jei taip yra iš tikrųjų, tada gal nesame taip toli nuo greitesnių už šviesą kelionių – jei dar nesame jų aptikę.

Tyrimas publikuotas Scientific Reports.