Темрява швидша за світло: науковці експериментально підтвердили незвичайний ефект у хвильових системах.
Міжнародна група дослідників уперше експериментально підтвердила явище, яке понад пів століття залишалося переважно теоретичним: у певних умовах «темрява» може поширюватися швидше за світло. Це відкриття не суперечить фундаментальним законам фізики, сформульованим Альберт Ейнштейн, але уточнює їхнє трактування на рівні складних хвильових процесів.
Ще у 1905 році Ейнштейн показав, що жодна інформація не може передаватися швидше за швидкість світла. Водночас об’єкти або явища, які не несуть інформації та не мають маси, теоретично можуть демонструвати надсвітлову (суперлюмінальну) поведінку. Саме до таких явищ і належать так звані «темні точки» — області повної відсутності світла всередині світлових хвиль.
У новому дослідженні, опублікованому в журналі Nature, науковці з Technion – Israel Institute of Technology використали складну експериментальну установку для спостереження за такими структурами. Йдеться про фазові сингулярності — точки, у яких амплітуда світлової хвилі дорівнює нулю. У цих місцях виникають своєрідні «вихори темряви», які рухаються крізь світлове поле.
Фізично цей процес можна порівняти з вихорами у річці: хоча сама вода тече з певною швидкістю, окремі турбулентні структури можуть рухатися швидше за основний потік. Аналогічно, темні сингулярності можуть «обганяти» світлову хвилю, всередині якої вони існують.
Для проведення експерименту вчені застосували високоточну лазерну мікроскопію та спеціальну оптомеханічну систему, що дозволила фіксувати надшвидкі процеси з нанометричною просторовою та надкороткою часовою роздільною здатністю. Ключову роль також відіграв матеріал гексагонального нітриду бору, у якому світло перетворюється на так звані поляритони — квазічастинки, що є гібридом світла і матерії.
У цьому середовищі швидкість світла значно зменшується — приблизно у 100 разів порівняно з вакуумом. Саме це уповільнення дозволило дослідникам зафіксувати, як темні точки прискорюються і в певні моменти перевищують локальну швидкість світла.
Особливо цікаво, що максимальні швидкості спостерігаються під час «народження» або «зникнення» цих сингулярностей, коли їхня динаміка стає нестійкою і може формально досягати дуже великих значень.
Науковці підкреслюють: це явище не порушує спеціальну теорію відносності, адже жодна інформація при цьому не передається швидше за світло. Йдеться лише про геометричні та фазові особливості хвильового поля.
Важливість відкриття виходить далеко за межі оптики. За словами авторів, подібні закономірності можуть бути універсальними для різних типів хвиль — від звукових до квантових систем, включно з надпровідниками. Нові методи спостереження дозволяють досліджувати процеси, які раніше були прихованими через свою надшвидку природу.
Таким чином, це дослідження не лише підтверджує давні теоретичні припущення, а й відкриває нові можливості для вивчення найшвидших явищ у природі — там, де межа між світлом і темрявою виявляється значно складнішою, ніж здавалося раніше.