Au descoperit ceva care se mișcă mai repede decât lumina, fără să încalce legile fizicii

Pentru prima dată, fizicienii au observat că anumite structuri din lumină – descrise ca „goluri” sau zone întunecate – se pot deplasa aparent mai repede decât lumina însăși. Acestea au fost numite vortexuri optice (n.r. un tip de „noduri” în unda de lumină) și apar atunci când lumina se comportă ca o undă care se răsucește, ca un tirbușon.

În centrul acestei răsuciri, intensitatea luminii devine zero, astfel că apare un punct „negru”, adică o zonă în care nu se vede lumină.

Nu e încălcată relativitatea

Deși pare contraintuitiv, fenomenul nu contrazice teoria relativității. „Aceste vortexuri nu transportă masă, energie sau informație”, explică Ido Kaminer, unul dintre autorii studiului, fizician la Institutul de Tehnologie Technion, din Israel, în studiul publicat de Nature și relatat de Science Alert.

Mișcarea lor nu este una fizică, ca a unui obiect, ci rezultatul modului în care se schimbă forma undei de lumină.

Cu alte cuvinte, nu un obiect real se mișcă mai repede decât lumina, ci doar un „tipar” din lumină. E ca o umbră care poate să se deplaseze foarte repede, fără ca ceva fizic să călătorească cu acea viteză.

Cum transportă lumina informația

Informația este transportată de lumină, în ansamblu, nu de aceste structuri din interiorul ei, care sunt doar modele ale undei, fără rol în transmiterea semnalelor. Ea este transmisă prin schimbări ale undei de lumină – de exemplu de intensitate, frecvență sau fază, care pot fi codate și trimise mai departe, așa cum se întâmplă în fibra optică, unde semnalele luminoase transportă date pe distanțe foarte mari.

Prin „informație”, fizicienii se referă la orice semnal care poate fi transmis și detectat – de la date digitale (internet, telefonie) până la semnale naturale, cum ar fi lumina venită de la stele. Practic, orice variație a luminii care poate fi măsurată și interpretată reprezintă informație.

Cum se mișcă aceste „goluri”

Din punct de vedere matematic, se știe că două astfel de singularități, într-un sistem de referință, se atrag reciproc atunci când au proprietăți opuse, adică sunt de tip „pozitiv” și „negativ”, asemănătoare sarcinilor electrice. și accelerează pe măsură ce se apropie,

Pe măsură ce se apropie una de cealaltă, viteza lor crește foarte mult, au explicat cercetătorii: „Pe măsură ce singularitățile cu sarcini opuse se apropie, traiectoriile lor în spațiu-timp trebuie să formeze o curbă continuă în punctul de anihilare, ceea ce le forțează să accelereze până la viteze nelimitate chiar înainte de dispariție”.

Experimentul care a făcut posibilă observația

Fenomenul era cunoscut în teorie încă din anii 1970, dar nu a putut fi observat direct până acum. Motivul: totul se întâmplă extrem de rapid și la scară foarte mică, iar tehnologia existentă nu putea „ține pasul” cu aceste procese.

Recent, o echipă de fizicieni din Israel, condusă de Ido Kaminer, a reușit să observe fenomenul folosind nitrură de bor hexagonală – un material artificial bidimensional, foarte subțire, asemănător grafenului, care permite controlul undelor de lumină la scară foarte mică.

În acest material apar unde numite fonon-polaritoni (combinații între lumină și vibrațiile atomilor), care se deplasează mai lent decât lumina și pot fi urmărite mai ușor.

Cercetătorii au folosit un microscop electronic ultrarapid, capabil să surprindă procese care au loc în doar câteva cvadrilioane de secundă, adică fracțiuni extrem de mici de timp, imposibil de perceput în mod obișnuit. Ulterior, prin combinarea mai multor cadre, au obținut o „filmare” a vortexurilor.

Momentul în care este depășită viteza luminii

În aceste imagini, vortexurile se apropie și se anihilează între ele, iar în acel moment viteza lor aparentă depășește viteza luminii în vid.

„Descoperirea noastră relevă legi universale ale naturii comune tuturor tipurilor de unde”, spun fizicienii. Aceștia au precizat că „această descoperire oferă un instrument tehnologic puternic” pentru studierea fenomenelor la scară foarte mică.

De ce contează

Rezultatele nu schimbă regulile fundamentale ale fizicii, dar oferă o nouă modalitate de a observa procese extrem de rapide și greu de detectat, care până acum erau practic invizibile.

Noua tehnică, bazată pe microscopia electronică ultrarapidă, permite urmărirea în timp real a fenomenelor la scară nanometrică, acolo unde au loc interacțiuni esențiale între lumină și materie. Cercetătorii spun că metoda ar putea fi folosită nu numai în fizică, ci și în chimie și biologie. Se vor putea studia reacții și procese care se desfășoară extrem de rapid, de la comportamentul materialelor până la mecanisme fundamentale din celule.

„Credem că aceste tehnici inovatoare vor permite studierea proceselor ascunse din fizică, chimie și biologie, dezvăluind pentru prima dată cum se comportă natura în cele mai rapide și mai greu de observat momente”, au transmis fizicienii israelieni.