Vedci po prvýkrát v histórii pozorovali „tmavé body“, ktoré sa pohybujú rýchlejšie ako svetlo. Na prvý pohľad to vyzerá ako problém pre Einsteina
Vedci prvýkrát priamo zmerali tmavé body vo svetelných vlnách, ktoré sa môžu pohybovať rýchlejšie ako svetlo.
Možno si si myslel, že nič nemôže byť rýchlejšie ako svetlo. Znie to ako základné pravidlo fyziky, ktoré sa nedá porušiť. Lenže vedci teraz experimentálne ukázali niečo, čo na prvé počutie pôsobí ako paradox. V svetelných vlnách pozorovali „tmavé body“, ktoré sa dokážu pohybovať rýchlejšie ako svetlo.
Výskumníci z Technion-Israel Institute of Technology publikovali v prestížnom časopise Nature pozorovanie, aké sa doteraz nikomu nepodarilo. Prvýkrát v histórii priamo zmerali „tmavé body“ vo svetelných vlnách a potvrdili predpoveď zo 70. rokov minulého storočia. Tieto body sa naozaj môžu pohybovať rýchlejšie ako svetlo.
Vo svetle vznikajú aj diery. Práve tie teraz vedci zachytili
Tieto zvláštne „tmavé body“ sú v podstate malé „diery“ v štruktúre svetelnej vlny. Vedci ich označujú ako vortiksy, teda víry, s ktorými sa stretávame aj v bežnom živote. Vidíš ich v morských vlnách, vo vzdušných prúdoch, ale aj v káve, keď ju miešaš alebo vylievaš do drezu.
Jednoducho povedané, ide o nulové body vo svetelnej vlne, teda miesta, kde amplitúda klesne na nulu. Inými slovami, sú to body úplnej tmy vložené priamo do svetelného poľa.
Už v 70. rokoch minulého storočia prišla prekvapivá teoretická predpoveď, že vortiksy sa môžu pohybovať rýchlejšie ako vlna, v ktorej vznikli. Znie to zvláštne. Predstav si vír v rieke, ktorý predbehne samotný tok vody, v ktorom existuje. Presne takýto paradox sa teraz podarilo potvrdiť experimentálne.
Neprehliadni
Na prvý pohľad to vyzerá, že vedci obišli Einsteinovu fyziku
Na prvý pohľad to vyzerá ako problém pre Einsteinovu fyziku. Lenže rýchlosť svetla je hranicou pre hmotu a pre signály, ktoré prenášajú energiu alebo informácie. Tieto tmavé body nerobia ani jedno.
Vortiksy pozorované na Technione nemajú hmotnosť a neprenášajú energiu ani informácie. Práve preto neporušujú Einsteinov princíp. Nejde teda o žiadny signál, cez ktorý by si vedel poslať správu do minulosti alebo rozbiť fyziku tak, ako ju poznáme.
Vedci ich zachytili len vďaka extrémne presnému mikroskopu
Za úspechom stojí jedinečný systém, ktorý vedci vybudovali v Centre elektrónovej mikroskopie na Technione. Do špecializovaného elektrónového mikroskopu integrovali laserový systém a pokročilé optomechanické usporiadanie. Vďaka tomu dosiahli mimoriadne vysoké časové aj priestorové rozlíšenie.
Aby zachytili pohyb týchto vortiksov v reálnom čase, použili upravený vysokorýchlostný elektrónový mikroskop, ktorý dokázal zachytiť okamihy trvajúce len tri kvadrilióntiny sekundy. Keď potom spojili stovky snímok z mnohých experimentov, vytvorili časozberný záznam, na ktorom sledovali, ako sa vortiksy zrážajú a ako pri niektorých pohyboch prekračujú rýchlosť svetla.
Celý trik fungoval len vďaka materiálu, ktorý svetlo výrazne spomalí
Vortiksy vedci merali v špecifickom materiáli s označením hBN, ktorý pripravil profesor Hanan Herzig Sheinfux z Bar-Ilan University. Práve v tomto materiáli sa svetelné vlny menia na špeciálne „svetlo-zvukové“ vlny nazývané polaritóny.
Môžeš si ich predstaviť ako svetelné vlny, ktoré sa pohybujú neobvykle pomaly, približne stokrát pomalšie ako svetlo vo vákuu. Alebo opačne, ako zvukové vlny, ktoré sa pohybujú neobvykle rýchlo. A práve v tomto spomalenom prostredí môžu svetelné vortiksy akoby preskakovať a prekročiť rýchlosť svetla.
Nejde len o fyzikálnu kuriozitu. Tento objav môže mať aj praktický dosah
Vedúci výskumu profesor Ido Kaminer vysvetľuje význam objavu takto:
„Náš objav odhaľuje univerzálne zákony prírody, ktoré zdieľajú všetky typy vĺn, od zvukových vĺn a prúdenia tekutín až po zložité systémy, ako sú supravodiče. Tento prelom nám poskytuje silný technologický nástroj: schopnosť mapovať pohyb jemných nanorozmerných javov v materiáloch pomocou novej metódy, elektrónovej interferometrie, ktorá zvyšuje ostrosť obrazu,“ uviedol Kaminer.
Inými slovami, tento objav síce neotvára dvere k warp pohonom ani k sci-fi cestovaniu vesmírom, no môže vedcom umožniť oveľa detailnejšie skúmať správanie svetla a veľmi jemné deje v materiáloch.
Meranie rýchleho „tanca“ svetelných vortiksov otvára nové vedecké smery. Môže mať dopad na rozvoj mikroskopických technológií, optiky založenej na nanoštruktúrach, výskum supravodivosti aj na metódy kódovania kvantových informácií v materiáloch.
Kaminer zároveň dodáva, že tieto nové mikroskopické techniky by mohli pomôcť odhaliť skryté procesy vo fyzike, chémii aj biológii. Vedci by tak po prvýkrát mohli sledovať, ako sa príroda správa vo svojich najrýchlejších a najťažšie zachytiteľných okamihoch.
Zistenia zároveň podporujú teóriu, s ktorou prišiel v roku 1978 britský teoretický fyzik Michael Berry. Práve on predpokladal, že rýchlosť týchto vortiksov môže byť superluminálna, teda vyššia ako rýchlosť svetla. Teraz na to máme aj experimentálny dôkaz.
