Теорема на 350 години разкрива сложната природа на светлинните вълни

През 1673 година Кристиан Хюйгенс написва книга за махалото и неговото действие. Механична теорема, спомената в книгата е използвана 350 години по-късно от изследователи от Технологичния институт „Стивънс“ в САЩ, за да обяснят сложното поведение на светлината, се казва в изявление на университета.

Въпреки че ни е известна от векове, човечеството се е затруднявало да обясни самата природа на светлината. В продължение на векове учените са били разделени по въпроса дали да я наричат вълна или частица и когато изглеждаше, че има някакво съгласие по въпроса какво всъщност може да бъде светлината, квантовата физика хвърли нов удар, като предположи, че тя съществува и като двете едновременно.

Изследователите, които по-рано се опитваха да опровергаят твърденията на противоположната фракция, сега отделят време да обяснят как светлината проявява едновременно свойствата на вълни и частици.

За целта екипът, ръководен от Сяофън Циан, професор по физика в Технологичния институт „Стивънс“ се обръща към 350-годишна механична теорема, която обяснява как работят обекти като махалото.

Прилагане на механичната теорема към светлината

Хюйгенс предлага светлината да се разпространява под формата на вълни в цялата Вселена. Но холандският физик също така обяснява как енергията, необходима за завъртането на даден обект, зависи от неговата маса и оста, около която трябва да се завърти.

Тази механична теорема може да се използва за обяснение на движението на обекти като махала и планети.

Прилагането ѝ към светлината обаче имало едно препятствие. Теоремата използвала масата на обектите, а светлината няма маса, затова екипът на Циан използва интензитета на светлината като еквивалент на масата на физическите обекти. Така станало възможно измерванията да се нанесат върху координатна система за тълкуване на теоремата на Хюйгенс.

Това позволило на екипа да визуализира светлината като част от механична система и връзките между вълновите свойства като заплитане и поляризация станали по-ясни, заявиха изследователите.

Как ще помогне това?

Особено трудно е учените да се разберат по въпроса дали светлината е вълна или частица. Макар че новото изследване не решава този проблем, то показва, че между тези две рамки има връзки, които не съществуват само на квантово ниво, но и на ниво класическа физика, където се работи с вълни и системи от точкови маси.

„Това, което някога е било абстрактно, става конкретно: с помощта на механични уравнения можете буквално да измерите разстоянието между центъра на масата и други механични точки, за да покажете как различните свойства на светлината са свързани помежду си.“

казва Циан в изявлението си

По-нататъшното изследване на тези връзки може да помогне на учените при оценяването на свойствата не само на трудно измеримите оптични системи, но и на квантовите системи. Изводите за тези системи вече могат да се правят с помощта на светлинни измервания, които са не само много по-прости за постигане, но и по-надеждни от гледна точка на събирането на данни.

Освен това изследователите биха могли да прилагат същата система и за изследване на сложните поведения, наблюдавани в квантовите вълнови системи.