Дыра в будущее: ученые научились прорезать щели во времени светом
Феномен времени до сих пор остается одним из самых малоизученных современной физикой. Хоть у ученых и есть определенные представления о его законах, проводить с ним какие-либо манипуляции практически невозможно. Однако новое исследование подчинило себе капризное измерение: ученые смогли использовать его, чтобы провести эксперимент, в котором до этого применялись обычные темные ширмы. Рассказываем, как физики «продырявили» время.
Исследователи переосмыслили опыт Юнга
Это первый в истории эксперимент, с помощью которого удалось продемонстрировать двойственную природу света как частицы и как волны. Данная особенность называется интерференцией: это означает, что свет может становиться ярче или темнее в зависимости от того, совпадает ли амплитуда его волн.
Эксперимент выглядит так: перед источником света ставят темную преграду с небольшой прорезью, чтобы сфокусировать его. Так разброс частиц становится меньше. После этого поток сталкивается со вторым препятствием: это такой же экран, но уже с двумя дырочками, которые расположены близко друг к другу. Также важен размер отверстий: они должны примерно равняться длине волны, которая получилась после того, как свет прошел через первую преграду. В конце свет попадает на экран, однако вместо ожидаемых светящихся точек получается рисунок из светлых и темных полосок. Выглядит это так.
Подобное происходит из-за того, что оба колеблются с одной и той же частотой, но в разных фазах. Получившийся свет накладывается друг на друга, в результате чего лучи или взаимно усиливают, или гасят друг друга. Затемненные зоны образуются в местах, где волны находятся в противофазе, а яркие – там, где они двигались синхронно.
Как это связано со временем?
Исследователи из Имперского колледжа в Лондоне решили провести схожий эксперимент, однако вместо материальных ширм из ткани они воспользовались прорезями во времени.
Перед учеными стояла задача разработать такой механизм, который бы пропускал и останавливал свет со скоростью сравнимой с периодом оптических колебаний. Сначала исследователи хотели использовать затвор фотоаппарата, который может быстро становиться у света на пути и сразу исчезать. Однако это оказалось слишком медленно.
В результате физики нашли элегантное решение проблемы: они воспользовались зеркалом из оксида индия-олова. Обычно этот материал используют в производстве мобильных устройств, а именно — экранов. Этот выбор был обусловлен тем, что данный материал меняет свои свойства в зависимости от внешней среды: он может как поглощать, так и отражать волны света. По сигналу «щель» менялась с отражающей поверхности на темный, поглощающий свет материал. Скорость этого переключения побила все рекорды и длилась всего несколько фемтосекунд.
Этого удалось добиться благодаря лазерам. В тот момент, когда на пластинку падал один пучек света подобного типа, она оставалась зеркальной. Если же ученые включали два дополнительных источника лазеров, то поверхность начинала поглощать свет.
Таким образом, получилось наблюдать интерференцию света во времени: результат был таким же, как в эксперименте Томаса Юнга: волны взаимно гасили и усиливали друг друга.
Почему это важно?
Данное исследование открывает новые возможности в исследование свойств света. В теории это поможет в изучении космоса, например, в наблюдении за черными дырами. Также открытие ученых можно использовать и для усовершенствования существующих оптических приборов.
