Они быстрее самой скорости: таинственные «дыры» в свете напугали и восхитили учёных — подробности внутри
Это не нарушает теорию Эйнштейна
Свет может быть быстрее… самого себя? Звучит как научная фантастика, но исследователям из Техниона (Израиль) удалось доказать обратное. Они впервые зафиксировали, как так называемые оптические вихри — темные провалы в световой волне — двигаются быстрее, чем окружающий их свет. Это не шутка и не ошибка приборов. Результаты только что опубликованы в авторитетном журнале Nature.
Никакого нарушения теории относительности
Спокойствие: Эйнштейн по-прежнему прав. Специальная теория относительности запрещает любым материальным объектам или информации разгоняться быстрее 299 792 км/с. Но у вихрей нет ни массы, ни энергии, ни полезных данных. Их сверхсветовая скорость — чисто геометрический эффект.
Представьте водоворот в реке. Вода течет медленно, но сам водоворот может проскальзывать быстрее потока. Со светом — та же история. Только разглядеть это невероятно трудно: процессы длятся какие-то квадриллионные доли секунды и происходят в наномасштабах.
Как поймали неуловимое
Команда под руководством Идо Каминера использовала хитрость. Вместо того чтобы гоняться за вихрями в пустом пространстве, ученые поместили их в двумерный материал — гексагональный нитрид бора.
Почему это важно? Внутри материала свет порождает гибридные частицы — фононные поляритоны. Они движутся куда медленнее обычного света, зато создают густую сеть интерференционных картин. В таких условиях вихри видны как на ладони.
Для съемки применили сверхбыстрый электронный микроскоп. Он делал снимки с микроскопической задержкой между запусками. Сотни кадров сложили в один ролик — и вот оно: два вихря с противоположными зарядами несутся навстречу друг другу, ускоряются и… аннигилируют. В момент перед исчезновением их скорость действительно превышает световую.
Что дальше?
Пока эксперимент проводился в двух измерениях. Исследователи хотят перейти в трехмерное пространство — там поведение вихрей должно стать еще сложнее и интереснее.
Но главное даже не в этом. Разработанная методика электронной интерферометрии открывает дверь к изучению процессов, которые раньше оставались невидимыми:
сверхбыстрые реакции в химии
квантовые явления в биологии
скрытая динамика в сверхпроводниках
«Мы впервые показываем, как природа ведет себя в самые быстрые и неуловимые моменты», — говорит Каминер.
А значит, темные дыры в свете — это не просто курьез. Это новый инструмент для науки. И он только начинает работать.
