Veliki naučni proboj: Fizičari otkrili kako tama može da bude brža od svetlosti

Po prvi put fizičari su primetili da se "rupe" u svetlosti mogu kretati brže od same svetlosti.

Te rupe poznate su kao fazni singulariteti ili optički vrtlozi, a naučnici još od sedamdesetih godina prošlog veka predviđaju da, baš kao što se virovi u reci mogu kretati brže od vode koja teče oko njih, tako i kovitlaci u talasu svetlosti mogu prestići svetlost u kojoj su sadržani.

Živopisno sanjate i budite se umorni: Nauka otkriva pravi uzrok

Alarm na Međunarodnoj svemirskoj stanici: Astronauti dobili naređenje za evakuaciju

Ovo ne krši teoriju relativnosti, koja nalaže da ništa ne može da putuje brže od brzine svetlosti. Razlog je taj što vrtlozi ne nose masu, energiju niti informacije, a njihovo kretanje zasniva se na evoluirajućoj geometriji talasnog obrasca, a ne na fizičkom kretanju kroz prostor, piše ScienceAlert.

Međutim, ovaj fenomen bilo je teško zabeležiti jer se odvija na izuzetno malim prostornim i vremenskim skalama.

Ovo dostignuće predstavlja veliki uspeh elektronske mikroskopije.

„Naše otkriće otkriva univerzalne zakone prirode zajedničke svim vrstama talasa, od zvučnih talasa i strujanja fluida do složenih sistema kao što su superprovodnici“, rekao je Ido Kaminer, fizičar s Tehniona - Izraelskog instituta za tehnologiju.

„Ovaj proboj pruža nam moćan tehnološki alat - sposobnost da mapiramo kretanje osetljivih fenomena na nanorazmeri u materijalima, otkrivenih kroz novi metod elektronske interferometrije koja poboljšava oštrinu slike“, dodao je Kaminer.

Šta se krije duboko ispod Srbije? Geolozi otkrili tragove drevnog kontinenta

Kako nastaju optički vrtlozi

Iako ljudskom oku svetlost djeluje ujednačeno, u njoj se odvijaju brojni procesi koje ne možemo lako uočiti. Svetlost može biti podložna poremećajima sličnim onima koji se javljaju u drugim sistemima kojima dominira dinamika protoka, uključujući fazne singularitete koje naučnici nazivaju optičkim vrtlozima.

Svetlost se može ponašati i kao čestica i kao talas. Optički vrtlog nastaje kada se talas uvija tokom putovanja, poput vadičepa. U samom centru tog uvijanja svetlost se poništava, ostavljajući tačku nultog intenziteta - svojevrsnu tamnu „rupu“ u svetlosti.

Matematički je poznato da će se dva singulariteta u referentnom sistemu međusobno privlačiti i ubrzavati kako se približavaju, dostižući brzine koje naizgled premašuju brzinu svetlosti u vakuumu.

Veliki preokret u prognozama o klimi: Naučnici odbacili najgori scenario za planetu i otkrili šta nas zapravo čeka

„Kako se singulariteti suprotnih naboja približavaju jedan drugom, njihove putanje u prostor-vremenu moraju formirati kontinuiranu krivu u tački anihilacije, odnosno poništenja, što ih primorava na ubrzanje do neograničenih brzina neposredno pre samog poništenja“, naveli su istraživači u radu.

Snimanje fenomena u realnom vremenu

Slična pojava već je uočena u drugim sistemima, ali proučavanje njenog odvijanja u svetlosnom polju mnogo je složenije. Iako je na tom području urađeno mnogo laboratorijskih istraživanja, posmatranje optičkih vrtloga bilo je ograničeno nedostatkom tehnologije koja bi mogla pratiti brzinu njihovog nastanka, kretanja i sudara.

Kako bi prevazišli ta ograničenja, Kaminer i njegove kolege proučavali su ponašanje optičkih vrtloga u dvodimenzionalnom materijalu poznatom kao heksagonalni bor-nitrid.

Taj materijal podržava neobične svetlosne talase zvane fonon-polaritoni – hibride svetlosti i atomskih vibracija - koji se kreću mnogo sporije od same svetlosti i mogu biti snažno ograničeni. To stvara složene interferentne obrasce ispunjene brojnim vrtlozima, što je istraživačima omogućilo da detaljno prate njihovo kretanje.

Ključni deo istraživanja bilo je snimanje te dinamike u realnom vremenu. Tim je koristio specijalizovani elektronski mikroskop velike brzine s dosad neviđenom prostornom i vremenskom rezolucijom, koji je zabeležio događaje koji se odvijaju u samo tri kvadrilionita dela sekunde.

Eksperiment je ponovljen mnogo puta, pri čemu je svaki novi snimak napravljen s neznatnim zakašnjenjem u odnosu na prethodni.

Spajanjem stotina tako dobijenih slika istraživači su kreirali tajmlaps snimak vrtloga koji su jurili jedan prema drugom i međusobno se poništavali, pri čemu su njihove brzine nakratko dostizale superluminalne, odnosno nadsvetlosne vrednosti.

Zašto Sunčev sistem izgleda ovako: Nova studija otkrila dodatni svet koji je sve potpuno promenio

Šta sledi dalje

Eksperiment je sproveden u dvodimenzionalnom okruženju. Naredni korak, prema rečima istraživača, biće proširenje istraživanja na više dimenzija kako bi se proučila složenija ponašanja.

Takođe smatraju da bi tehnike razvijene tokom ovog rada mogle pomoći u prevazilaženju nekih postojećih ograničenja elektronske mikroskopije.

„Verujemo da će ove inovativne tehnike mikroskopije omogućiti proučavanje skrivenih procesa u fizici, hemiji i biologiji, otkrivajući po prvi put kako se priroda ponaša u svojim najbržim i najnemilosrdnijim trenucima“, rekao je Kaminer.

Veliko otkriće naučnika: Kako novo stanje materije menja kvantnu tehnologiju

Naučnici otkrili šta se krije ispod australijske pustinje: Prizor ostavlja bez daha