Вчені кажуть, що знайшли «темні точки» всередині світлових хвиль, що рухаються швидше за швидкість світла. Вчені загалом вважають передачу маси чи інформації швидше за світло неможливою, оскільки це порушувало б закони загальної теорії відносності та причинності. Це по суті означає, що такі сигнали здатні до подорожей у часі та багатьох парадоксів, які це спричиняє.
Спрогнозоване відкриття
Але що, якщо сам об’єкт взагалі не має маси? Як детально описано в статті, опублікованій у журналі Nature, міжнародна команда дослідників стверджує, що спостерігала «темні точки» всередині світлових хвиль, які можуть рухатися швидше за швидкість світла, підтверджуючи прогноз, датований 1970-ми роками.
Ці «темні точки», які спостерігають дослідники, фактично є невеликими «дірами» або вихорами всередині самої структури світлової хвилі, які можуть рухатися швидше за своє оточення, стверджує команда.
Як би дивно це не звучало — уявіть собі вихор у річці, що обганяє потік води, в якій він існує — це явище реальне. Досі це базувалося на теорії».
Оскільки спостережувані вихори не несуть інформації та не мають маси, технічно вони не порушують закони загальної теорії відносності Ейнштейна.
Вони також темніші за саму темряву. Згідно зі статтею, ці вихори є «нульовими точками», в яких амплітуда світлової хвилі падає до нуля.
«Простіше кажучи, це точки повної темряви, вбудовані в світлове поле».
Підтвердження теорії
Щоб зафіксувати рух цих вихорів у режимі реального часу, дослідники використовували модифікований високошвидкісний електронний мікроскоп для фіксації моментів протягом лише трьох квадрильйонних часток секунди.
Наклавши сотні зображень у багатьох експериментах, команда створила таймлапс, спостерігаючи, як вихори стикаються один з одним, іноді перевищуючи швидкість самого світла.
Висновки підтверджують теорію, вперше встановлену в 1978 році британським фізиком-теоретиком Майклом Беррі, який першим постулював, що швидкість цих вихорів може стати надсвітловою, тобто швидшою за швидкість світла.
Що таке ці «темні точки»?
У фізиці їх називають оптичними вихорами або фазовими сингулярностями. Уявіть собі світлову хвилю не просто як промінь, а як складну структуру.
-
У певних точках цієї структури хвилі «скасовують» одна одну (явище деструктивної інтерференції).
-
У цих точках інтенсивність світла дорівнює нулю. Це і є «повна темрява».
-
Оскільки це не матеріальні об’єкти, а лише геометричні точки перетину хвиль, вони можуть переміщатися з будь-якою швидкістю.
Чому це не порушує теорію Ейнштейна?
Ці точки не мають маси. Але ключовим моментом є інформація.
-
Фазова швидкість vs Групова швидкість: У фізиці розрізняють швидкість окремої хвилі та швидкість, з якою передається енергія або сигнал.
-
Ефект «зайчика»: Найпростіша аналогія — лазерна указка. Якщо ви посвітите на Місяць і швидко здригнете рукою, пляма світла на поверхні Місяця може рухатися швидше за швидкість світла (c). Але жоден фотон не летить швидше за c. Ми просто бачимо «геометричний ефект».
-
Принцип причинності: Оскільки ці вихори є результатом взаємодії хвиль, які вже існують, ми не можемо використати рух цієї «темної точки», щоб надіслати повідомлення з пункту А в пункт Б швидше, ніж туди дійде саме світло.
Чому це важливо для науки?
Хоча ми не збудуємо на цьому варп-двигун, практичне значення дослідження величезне:
-
Нанотехнології: Можливість керувати такими вихорами дозволяє маніпулювати мікроскопічними частинками (оптичні пінцети).
-
Електронна мікроскопія: Як зазначив Ідо Камінер, використання електронної інтерферометрії дає змогу бачити процеси, які раніше були «змазаними» через занадто низьку швидкість зйомки.
-
Універсальність хвиль: Це підтверджує, що закони, які ми бачимо у воді (вихори в річці), працюють і на квантовому рівні світла та електронів.
«Цей прорив надає нам потужний технологічний інструмент: можливість відображати рух тонких нанорозмірних явищ у матеріалах, виявлених за допомогою нового методу (електронної інтерферометрії), який підвищує чіткість зображення»,- каже автор дослідження та доцент Ізраїльського технологічного інституту Ідо Камінер.
Іншими словами, останнє відкриття не відкриє двері до варп-двигунів найближчим часом, але може дозволити дослідникам ще ближче поглянути на поведінку самого світла.
«Ми вважаємо, що ці інноваційні методи мікроскопії дозволять вивчати приховані процеси у фізиці, хімії та біології, вперше розкриваючи, як поводиться природа у свої найшвидші та найневловиміші моменти», – пояснив Камінер.
Коротка довідка про швидкість світла
Згідно зі спеціальною теорією відносності, енергія об’єкта з масою $m$ визначається формулою:
Якщо швидкість v наближається до швидкості світла c, знаменник прямує до нуля, а енергія — до нескінченності. Оскільки «темні точки» не мають маси (m = 0), це рівняння не обмежує їхню швидкість.
Як ви вважаєте, чи зможуть подібні відкриття в майбутньому допомогти нам обійти обмеження швидкості світла для передачі даних, чи Ейнштейн залишив нам «непробивну стіну»?
