Fizykom udało się już zademonstrować przyspieszenie promieni świetlnych na płaskich powierzchniach, gdzie przyspieszenie spowodowało, że promienie podążały po zakrzywionych ścieżkach. Jednak nowy eksperyment przesunął granice tego, co można pokazać w laboratorium. Fizycy jako pierwsi zademonstrowali przyspieszenie wiązki światła w zakrzywionej przestrzeni. Zamiast poruszać się po ścieżce geodezyjnej (najkrótszej ścieżce na zakrzywionej powierzchni), wiązka została odchylona od ścieżki w wyniku przyspieszenia.
Badanie, opublikowane w czasopiśmie Physical Review X, „otwiera drzwi do nowej dziedziny badań nad wiązką przyspieszoną. Do tej pory przyspieszenie promieni badano tylko w ośrodku o płaskiej geometrii, takim jak płaska wolna przestrzeń lub w światłowodzie. W tym artykule wiązki optyczne podążały zakrzywionymi ścieżkami w zakrzywionym ośrodku”- mówi Anatolij Patsik, fizyk z Israel Institute of Technology.
Pomyślny eksperyment, przeprowadzony przez fizyków z Israel Institute of Technology, Harvard University i Harvard-Smithsonian Astrophysical Center, zwiększy potencjał badawczy do dalszych badań laboratoryjnych nad zjawiskami, takimi jak soczewkowanie grawitacyjne. Prowadząc takie eksperymenty w laboratorium, naukowcy będą mogli badać zjawiska przewidywane przez ogólną teorię względności Einsteina w dokładnie kontrolowanych warunkach.
Najpierw naukowcy przyspieszyli wiązkę lasera, odbijając ją od przestrzennego modulatora światła zaprojektowanego do modulowania amplitudy, fazy lub polaryzacji fal świetlnych. Odbicie wiązki od tego urządzenia odciska na wiązce specyficzne czoło fali, które przyspiesza zachowując swój kształt. Następnie naukowcy wycelowali przyspieszony laser we wnętrze żarówki, która została pomalowana w celu rozproszenia światła i uczynienia go widocznym dla naukowców.
Naukowcy zaobserwowali, że poruszając się wewnątrz lampy, wiązka odchylała trajektorię od linii geodezyjnej. Porównując ten ruch z promieniem, który nie przyspieszał, odkryli, że gdy nie było przyspieszenia, promień podążał za linią.
Badania te mogą stanowić punkt wyjścia do przyszłych badań nad zjawiskami, które wchodzą w zakres ogólnej teorii względności Einsteina. Patsik stwierdził, że „Równania ogólnej teorii względności Einsteina określają między innymi ewolucję fal elektromagnetycznych w zakrzywionej przestrzeni. Okazuje się, że ewolucja fal elektromagnetycznych w zakrzywionej przestrzeni zgodnie z równaniami Einsteina jest równoważna propagacji fal elektromagnetycznych w ośrodku materialnym, opisanej podatnością elektryczną i magnetyczną, która może zmieniać się w przestrzeni."
Eksperyment ten powinien dać impuls do rozwoju badań na temat soczewkowania grawitacyjnego i pierścieni Einsteina, grawitacyjnego przesunięcia niebieskiego lub czerwonego i wielu innych. W przyszłości naukowcy planują zbadać, czy wiązki plazmy (w których oscyluje plazma zamiast światła) mogą również przyspieszać w zakrzywionej przestrzeni.
Ilya Khel
Film promocyjny: