Svetlo ako mechanický objekt? 350-ročná teória vedcom odhalila vlastnosti, o ktorých doteraz veda nemala predstavu
Svetlo sa správa ako vlna aj ako častica, no nájsť niečo spoločné medzi týmito dvoma modelmi je nesmierne náročné.
Svetlo je všade okolo nás, pomáha nám vidieť svet v jeho plnej kráse. Aj napriek tomu, že ide pre nás o jednu z najprirodzenejších vecí, stále o tomto fenoméne veľa nevieme. O svetle vedci diskutujú od 17. storočia a táto diskusia začala dvoma významnými vedcami, Isaacom Newtonom a Christiaanom Huygensom.
Odvtedy sa vedci nedokážu zhodnúť na tom, či svetlo možno lepšie opísať ako vlnu, ako časticu, alebo ako niečo, čo je v oboch stavoch súčasne. Výskumníci z Technologického inštitútu Stevens sa na problematiku svetla pozreli vo svojej novej štúdii o čosi inak, a to pomocou 350 rokov starej mechanickej teórie. Tá opisuje pohyb veľkých objektov, napríklad kyvadiel alebo planét. Vedci zistili, že pomocou tejto teórie môžu vysvetliť najkomplexnejšie správanie svetelných vĺn.
Autorom štúdie sa podarilo zistiť, že úroveň nekvantového previazania existuje v priamom vzťahu s úrovňou jeho polarizácie. V praxi to znamená, že ak jedna úroveň rastie, druhá klesá. To výskumníkom dáva možnosť určiť úroveň previazania svetla priamo z jeho polarizácie a opačne. V praxi vedci získajú možnosť ako zmerať komplikované optické vlastnosti jednoduchšími meraniami.
„Už viac ako sto rokov vieme, že sa svetlo správa niekedy ako vlna a niekedy ako častica. Spojiť však tieto dva modely dokopy bolo mimoriadne náročné. Naša práca neponúka riešenie tohto komplexného problému, no ukazujeme, že medzi konceptmi svetla ako vlny a svetla ako častice existujú prepojenia, nie len v kvantovom svete,“ vysvetľuje Xiaofeng Qian, vedúci nového výskum.
Častica, vlna alebo oboje?
Autori štúdie použili mechanickú teóriu, ktorú po prvýkrát sformuloval Huygens v roku 1673. Táto teória popisuje ako fungujú kyvadlá a ako mení energia potrebná na rotáciu objektu s ohľadom na jeho hmotnosť a osu, po ktorej sa otáča. Táto teória si našla v praxi pevné miesto a dnes nás učí ako fungujú mechanické hodiny alebo umelé končatiny. Autori novej práce však ukázali, že nám môže povedať aj to, ako funguje svetlo.
Teória popisuje aj vzťahy medzi hmotnosťami a ich rotačnou hybnosťou. Zaujímavosťou je, že túto teóriu možno uplatniť aj na svetlo, hoci to žiadnu hmotnosť nemá. Vedci však prišli na to, že intenzita svetla môže byť ekvivalentom hmotnosti fyzického objektu. Vedci následne vložili svetlo do tejto teórie a prakticky z neho urobili mechanický systém. Následne vytvorili vizualizáciu tohto mechanického systému.
Neprehliadnite
Tu si vedci okamžite všimli niekoľko nových prepojení medzi vlastnosťami svetelnej vlny. Ako sme už spomínali, zistili napríklad to, že polarizácia a previazanie existujú v nepriamej úmernosti. Tento vzťah doteraz nebol objavený.
„Ak sa na svetlo pozrieme ako na mechanickú sústavu, to čo bolo doteraz abstraktné, sa stáva konkrétnym. Veľa vlastností sa stáva jasnými, ak vložíme vlastnosti svetla do mechanického systému,“ tvrdí Qian.
Autori štúdie vo svojej práci pokračujú aj naďalej a priznávajú, že ich čaká ešte dlhá cesta. Otvára sa tu dokonca možnosť pochopenia optických systémov úplne novým spôsobom.
Komentáre