Світло може проходити крізь проломи в часі: доведено під час нового експерименту

Одне з незвичайних відкриттів у квантовій фізиці полягає в тому, що частки, випущені в екрани з двома прорізами в них, можуть діяти як хвилі і проходити через обидва отвори одночасно. Вже понад 200 років такі експерименти з двома прорізами в екрані показують, що частки можуть поводитися як хвилі. У новій версії експерименту вчені змусили світло проходити крізь щілини не в просторі, а в часі. Результати цього експерименту можуть призвести до нових, незвичайних способів управління світлом, таким як фотонні кристали часу. Це те, що створює закономірності у часі зі світлом, і це можна використовувати для надпотужних квантових комп'ютерів, пише Inverse.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Хвиля чи частка

Проблема з тим, чим є світло, хвилею чи часткою, є дуже давньою. У 18 столітті Ісаак Ньютон стверджував, що світло складається з частинок, яке сучасник Християн Гюйгенс, припускав, що світло поширюється хвилями. У 1801 році британський фізик Томас Юнг розробив експеримент із двома прорізами в екрані. Результати показали, що світло, яке проходить через екран з двома близько розташованими паралельними щілинами, може створювати смуги світла і темряви, що повторюються, на екрані з іншого боку, тобто світло поводиться як хвиля.

Але в 1905 Альберт Ейнштейн з'ясував, що світло також може поводитися як частки. Пізніше квантові фізики з'ясували, що світло є одночасно і часткою, і хвилею, а не чимось окремим. Цей корпускулярно-хвильовий дуалізм застосовується до всіх відомих часток і хвиль. По суті, і Гюйгенс, і Ньютон були певною мірою обидва праві.

Закономірності у часі

В межах нового дослідження вчені з Імперського коледжу Лондона експериментували з оксидом індія-олова, який є електропровідним прозорим матеріалом. Його використовують у сенсорних екранах смартфонів. Коли сильний лазерний імпульс потрапляє на тонкий шар цього з'єднання, він на маленьку частку секунди стає дзеркалом.

У класичній версії експерименту з двома прорізами використовуються два отвори в екранах, через які проходить світло, але в новому експерименті вчені змогли змінити ступінь відбиття світла. Дослідники назвали ці невеликі тимчасові отвори у матеріалі "щілинами часу".

Щоб створювати інтерференційні закономірності від подвійної щілини в часі, пристрій, який використовували фізики, повинен перемикати свою відбивну здатність надзвичайно швидко, в масштабах часу, порівнянним з тим, як швидко коливається світло — кілька квадрильйонних часток секунди.

"Якби вся історія Всесвіту від Великого вибуху до цього моменту була секундою, то коливання світла зайняло б всього один день", — говорить Ромен Тіроль з Імперського коледжу Лондона.

Вчені виявили, що промінь світла, що проходить через такі щілини часу, переломлюється або розсіюється на кілька частот чи кольорів світла. Ці різні частоти можуть заважати один одному, посиливши або послабивши деякі з них, створивши інтерференційні закономірності, як це відбувається зі світлом у класичному експерименті з двома прорізами.

Докази цього переломлення світла, що виявили вчені, виявилися набагато сильнішими, ніж вони очікували. Це говорить про те, що швидкість перемикання оксиду індія-олова в 10-100 разів вища, ніж вважалося раніше, що дозволяє набагато сильніше контролювати світло. Тобто існують нові особливості взаємодії цього матеріалу зі світлом, які ще потрібно розкрити та використати, кажуть вчені.

Що далі

Ці результати показують нові способи, з допомогою яких вчені дедалі більше впливають на час. Наприклад, нещодавно інша група вчених продемонструвала тимчасові відображення зі світловими хвилями, коли світлові сигнали проходили через "інтерфейс часу" і вони діяли так, ніби мандрують назад у часі.

Щілини часу та інтерфейси часу можуть допомогти вченим розробити нові способи керування світлом, такі як фотонні кристали часу. Звичайний кристал є структурою з безлічі атомів, розташованих у регулярному порядку у просторі, тоді як кристали часу є структурами, у яких багато часток упорядковані як регулярні серії рухів, тобто закономірностей у часі, а не у просторі. У фотонному кристалі часу оптичні властивості регулярно змінюються з часом.

"Фотонні кристали часу можуть застосовуватися для посилення світла та управління світлом, наприклад, для обчислень і, можливо, навіть для квантових обчислень зі світлом", — говорить Тіроль.

Як уже писав Фокус, вчені створили найменший "футбол" у світі. На найменшому у світі "футбольному полі" вчені змогли кидати і ловити атоми за допомогою світла.