Η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι γνωστή τόσο ως παγκόσμια σταθερά όσο και ως το απόλυτο όριο ταχύτητας για όλα τα υλικά σώματα στο σύμπαν, από τότε που ο Άλμπερτ Αϊνστάιν δημοσίευσε την ειδική θεωρία της σχετικότητας το 1905.

Κι όμως. Αντίθετα με την κοινή άποψη, είναι εύκολο να κάνουμε κάτι να κινηθεί γρηγορότερα από το φως. Για κάποιον που μορφώθηκε στον εικοστό αιώνα αυτή η δήλωση είναι σοκαριστική. Αλλά δεν καταρρίπτεται η θεωρία της σχετικότητας επειδή κάτι μπορεί να κινηθεί ταχύτερα από το φως. Αν πρόκειται για γεωμετρικά μοτίβα δεν υπάρχει κανένα πρόβλημα. (Σκεφτείτε, για παράδειγμα, το σημείο επαφής μεταξύ των σκελών ενός ψαλιδιού καθώς αυτό κλείνει ή η φωτεινή κηλίδα ενός δείκτη λέιζερ που σαρώνει μια πολύ μακρινή επιφάνεια, π.χ. του φεγγαριού).

Ναι μεν, κάποιο γεωμετρικό σημείο μπορεί να κινηθεί γρηγορότερα από το φως, αλλά δεν μπορούμε να το χρησιμοποιήσουμε ώστε να μεταφέρουμε κάποια πληροφορία με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός. Και για τον λόγο αυτό δεν παραβιάζεται η θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν.

Ένα πρόσφατο πείραμα αποκάλυψε ότι μεμονωμένα σκοτεινά σημεία σε ένα φωτεινό κύμα μπορούν να κινηθούν ταχύτερα από το ίδιο το κύμα. Ο φυσικός Ido Kaminer και οι συνεργάτες του από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Technion στο Ισραήλ απέδειξαν ότι στο πείραμά τους αυτό που μπορεί να κινηθεί γρηγορότερα από το φώς, είναι το σκοτάδι! Κατέγραψαν την κίνηση μικροσκοπικών «σκοτεινών κηλίδων» οι οποίες φαίνεται να ταξιδεύουν με ταχύτητες που φτάνουν τα 1,04c, δηλαδή 1,04 φορές την ταχύτητα του φωτός στο κενό.

Παρά τον εντυπωσιακό τους χαρακτήρα, τα ευρήματα αυτά δεν καταρρίπτουν τη θεωρία της σχετικότητας ούτε παραβιάζουν κάποια γνωστή φυσική αρχή. Αυτό συμβαίνει διότι οι κηλίδες δεν είναι υλικά σωματίδια με μάζα, αλλά γεωμετρικά μοτίβα. Πρόκειται για έναν θρίαμβο της σύγχρονης μικροσκοπίας που μας επιτρέπει να μελετήσουμε ακραία τοπολογικά φαινόμενα, αλλά δεν μας προσφέρει τον τρόπο να μεταδώσουμε πληροφορίες ή ύλη γρηγορότερα από το φως.

Πιο συγκεκριμένα, την ταχύτητα του φωτός καταφέρνουν να ξεπεράσουν μεμονωμένα σκοτεινά σημεία, γνωστά ως οπτικές δίνες ή ιδιομορφίες φάσης. Καθώς ένα φωτεινό κύμα διαδίδεται στον χώρο ταλαντώνεται και συστρέφεται – στο κέντρο αυτής της συστροφής, οι κορυφές και οι κοιλίες του φωτεινού κύματος αλληλοαναιρούνται, δημιουργώντας σκοτεινά σημεία τα οποία, υπό ορισμένες συνθήκες, ξεπερνούν σε ταχύτητα το ίδιο το φωτεινό κύμα. «Η ανακάλυψή μας αποκαλύπτει καθολικούς νόμους της φύσης που είναι κοινοί για όλους τους τύπους κυμάτων, από τα ηχητικά κύματα και τις ροές ρευστών μέχρι πολύπλοκα συστήματα όπως οι υπεραγωγοί», ανέφερε ο Kaminer σε δήλωσή του.

«Οι ιδιομορφίες φάσης δεν μεταφέρουν ενέργεια ή πληροφορία και επομένως μπορούν να «κινηθούν» με υπερφωτεινή ταχύτητα χωρίς να παραβιάζουν την αιτιότητα», έγραψαν οι φυσικοί στην δημοσίευσή τους, η οποία δημοσιεύτηκε τον περασμένο μήνα στο περιοδικό Nature [Superluminal correlations in ensembles of optical phase singularities].

Για να πετύχουν αυτή την ανακάλυψη, οι ερευνητές κατασκεύασαν ένα μοναδικό σύστημα μικροσκοπίας που τους επέτρεψε να παρατηρήσουν οπτικές δίνες στο εξαγωνικό νιτρίδιο του βορίου, μια δισδιάστατη μορφή κεραμικού υλικού. Το υλικό αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την μετατροπή του φωτός σε οιονεί σωματίδια, ένα μείγμα φωτός και ύλης που ονομάζονται πολαριτόνια (polaritons). Τα πολαριτόνια κινούνται σχετικά αργά, περίπου 100 φορές πιο αργά από την ταχύτητα του φωτός. Χάρη σ’ αυτή την αρχικά χαμηλή ταχύτητα διάδοσης, η ομάδα μπόρεσε με άνεση να παρατηρήσει πώς ιδιομορφίες με αντίθετη φορά περιστροφής πλησίαζαν η μία την άλλη και αλληλοεπιταχύνονταν, φτάνοντας να ξεπεράσουν σε ταχύτητα το ίδιο το κύμα που τις φιλοξενούσε, προτού τελικά εξαφανιστούν.

Η τεχνική που χρησιμοποιήθηκε για την μέτρηση της ταχύτητας των ιδιομορφιών θα μπορούσε να ανοίξει τον δρόμο για τη μελέτη άλλων μικροσκοπικών, ταχύτατων φαινομένων στη φυσική, την χημεία και την βιολογία και ίσως να οδηγήσει στην εύρεση νέων τρόπων κωδικοποίησης κβαντικών πληροφοριών σε υλικά, σύμφωνα με τους ερευνητές.

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες:
1. Is Darkness Faster than Light? – https://www.technion.ac.il/en/blog/article/is-darkness-faster-than-light/
2. What’s faster than light? Darkness – https://www.scientificamerican.com/article/whats-faster-than-light-darkness/

Κατηγορίες:ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑ

Ετικέτες: ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΦΩΤΟΣ, PHYSICS