Вчені використали теорему 350-річної давнини, щоб виявити нові властивості світла

Учені використали теорему 350-річної давнини, щоб краще зрозуміти дивну природу світла. Вони взяли теорему, яка використовується для опису маятників, і замінила яскравість світла тим, що зазвичай є масою об'єкта. При цьому вчені змогли зіставити з теоремою кілька властивостей світла і квантових систем і відкрили кілька абсолютно невідомих раніше зв'язків, пише Phys.

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

Вважається, що світло може поводитися і як хвиля, і як частка, а на квантовому рівні світло може поводитися одночасно, як те й інше. Уже давно відомо про те, що світло має дивну поведінку, яка до кінця незрозуміла. Але автори нового дослідження, опублікованого у виданні Physical Review Research, підійшли трохи ближче до повного розуміння загадки поведінки світла. І ключем до цього розуміння стала теорема класичної механіки 350-річної давнини.

Починаючи з 17 століття вчені ламали голову над тим, як найкраще розглядати світло: як хвилю або як частку, або ж одночасно, як те й інше. Вчені виявили зв'язок між цими двома точками зору за допомогою теорії Грістіана Гюйгенса, про яку він уперше заявив у 1673 році, і вона використовується для опису руху великих об'єктів, як-от маятники та планети.

За словами вчених, уже понад 100 років відомо, що світло може поводитися як хвиля і як частка, але узгодити ці точки зору було дуже складно. Нове дослідження не розв'язує цю проблему, але вчені довели, що існують глибокі зв'язки між концепціями хвиль і частинок не тільки на квантовому рівні, а й на рівні класичних світлових хвиль і систем точкових мас.

Основа механічної теорії Гюйгенса полягає в тому, щоб показати, як енергія, необхідна для обертання об'єкта, може змінюватися залежно від двох основних чинників — маси й осі. Будь-яка теорема, присвячена поведінці маси, не повинна мати нічого спільного зі світлом, оскільки воно не має маси. Але вчені замість маси використовували інтенсивність світла.

За словами вчених, вони знайшли спосіб перетворити оптичну систему, щоб можна було показати її як механічну систему, а потім описати її за допомогою загальновизнаних фізичних рівнянь. Щойно вчені представили світлову хвилю як частину механічної системи, вони виявили нові зв'язки між властивостями хвилі. Вчені з'ясували, що існує зворотна залежність між поляризацією (спрямованістю світлової хвилі) і заплутаністю (коли частинки на відстані пов'язані в просторі своєю поведінкою). Коли світло стає більш поляризованим, воно стає менш заплутаним, і навпаки.

За словами вчених, використовуючи механічні рівняння, можна виміряти відстань між "центром мас" та іншими механічними точками, щоб показати, як різні властивості світла пов'язані одна з одною.

Вчені вважають, що результати їхнього дослідження дадуть змогу краще вимірювати різні властивості світла або квантових систем, які важко виміряти. Якщо ці нові зв'язки працюють так, як припускає дослідження, то можна вимірювати амплітуди і фази світла, просто вимірюючи яскравість світла, що набагато простіше. Нові результати припускають, що можна використовувати механічні системи для точного моделювання і кращого розуміння складної поведінки квантових систем.

Фокус уже писав про те, що вчені виявили прихований агрегатний стан. Вчені вивчили поведінку аморфних твердих тіл і здається знайшли пояснення їхнім дивним властивостям.