Мы с детства усвоили: ничто не может двигаться быстрее света. Но израильские физики доказали, что в этом правиле есть изящная лазейка. Оказалось, что крошечные точки абсолютной темноты внутри световых волн способны превышать космический скоростной лимит. И нет, старина Эйнштейн не ошибся — законы Вселенной по-прежнему работают как часы.
Если вы читаете новости в духе «найдено нечто, что движется быстрее света», ваш внутренний скептик должен немедленно проснуться. Альберт Эйнштейн еще в 1905 году установил жесткое правило: ни один объект, обладающий массой, и ни один сигнал, несущий информацию, не может превысить скорость света в вакууме (c = 299 792 458 м/с).
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Однако у «темноты» — а точнее у того, что физики называют оптическими фазовыми сингулярностями — нет ни массы, ни энергии. Это буквально микроскопические «слепые зоны» (или вихри) внутри световой волны, где ее амплитуда падает до абсолютного нуля. В этих точках нет фотонов, это чистые математические нули, участки физического ничто.
Поскольку эти точки не переносят информацию, ограничения специальной теории относительности на них не распространяются. Их сверхсветовое движение — это кинематический эффект. Представьте себе тень, скользящую по поверхности Луны, или точку пересечения лезвий огромных ножниц: они могут перемещаться с совершенно немыслимой скоростью, но передать сообщение с их помощью нельзя.
То, что подобные оптические вихри теоретически могут обгонять волну, в которой они зародились, предсказали физики Джон Най и Майкл Берри еще в 1974 году. Но одно дело — красивая математика на доске, и совсем другое — поймать это мимолетное явление в лаборатории. Полвека у ученых просто не было микроскопов нужной точности.
Команда из Израильского технологического института (Technion) под руководством Томера Бухера (Tomer Bucher) и Идо Каминера (Ido Kaminer) подошла к проблеме оригинально. Они не стали гоняться за фотонами в вакууме. Вместо этого они заставили свет ползти.
Исследователи пропустили лазер через чешуйки гексагонального нитрида бора (hBN) — двумерного кристалла толщиной всего в один атом. Внутри этого материала свет образует поляритоны — гибриды световых волн и электронов кристалла. Поляритоны «вязнут» в материале и движутся примерно в 100 раз медленнее, чем обычный свет в вакууме.
Используя сверхбыстрый модифицированный просвечивающий электронный микроскоп (с потрясающим пространственным разрешением в 20 нанометров и временным шагом в 3 фемтосекунды), физики смогли заглянуть вглубь одного крошечного цикла световой волны и отследить движение тех самых точек абсолютной темноты.
Оказалось, что оптические вихри ведут себя весьма драматично. Когда две сингулярности с противоположными зарядами встречаются, они аннигилируют (взаимно уничтожаются). Но прямо перед этим моментом их скорость сходит с ума и резко устремляется к бесконечности.
Исследователи зафиксировали, что перед исчезновением темные пятна разгонялись в среднем до 3,12 × 10⁸ м/с — это на 4% быстрее абсолютной скорости света в вакууме! Примерно 29% всех зафиксированных сингулярностей в рамках эксперимента легко пробили световой барьер.
«Это красивый парадокс: самые медленные свето-материевые волны оказались идеальным инкубатором для топологических особенностей, которые носятся по их поверхности с невозможной, сверхсветовой скоростью», — отмечает Томер Бухер.
Варп-двигатель на основе этой тьмы мы не построим, и сверхсветовой интернет в дома не проведем. Но для науки это грандиозный шаг вперед.
Алгоритмы и методы, разработанные для отслеживания крошечных вихрей, перевернут современную микроскопию. По словам авторов исследования, это позволит избавиться от раздражающих оптических артефактов (например, пресловутого эффекта «пчелиного роя» в электронных микроскопах) при атомном сканировании. В перспективе это даст химикам и биологам возможность наблюдать за сверхбыстрыми процессами в молекулах с невиданной ранее четкостью. А физикам — новые способы кодирования квантовой информации высокой плотности.
Иными словами, чтобы в деталях разглядеть самые светлые перспективы нанотехнологий, науке пришлось предельно внимательно всмотреться в кромешную тьму.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Читайте также: Массовое заблуждение: реальная причина, по которой мы не можем превысить скорость света
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.