Свет может проходить сквозь бреши во времени: доказано в ходе нового эксперимента

В новой версии эксперимента ученые заставили свет проходить сквозь щели не в пространстве, а во времени.

Одно из самых необычных открытий в квантовой физике состоит в том, что частицы, выпущенные в экраны с двумя прорезями в них, могут действовать как волны и проходить через оба отверстия одновременно. Уже более 200 лет такие эксперименты с двумя прорезями в экране показывают, что частицы могут вести себя как волны.

В новой версии эксперимента ученые заставили свет проходить сквозь щели не в пространстве, а во времени. Результаты этого эксперимента, могут привести к новым, необычным способам управления светом, таким как фотонные кристаллы времени. Это то, что создает закономерности во времени со светом и это можно использовать для сверхмощных квантовых компьютеров, пишет Inverse (перевод - «Фокус»).

Волна или частица?

Проблема с тем, чем является свет, волной или частицей, является очень давней. В 18 веке Исаак Ньютон утверждал, что свет состоит из частиц, а его современник Христиан Гюйгенс, предполагал, что свет распространяется волнами. В 1801 году британский физик Томас Юнг разработал эксперимент с двумя прорезями в экране. Результаты показали, что свет, который проходит через экран с двумя близко расположенными параллельными щелями, может создавать повторяющиеся полосы света и темноты на экране с другой стороны, то есть свет ведет себя как волна.

Но в 1905 году Альберт Эйнштейн выяснил, что свет также может вести себя как частицы. Позже квантовые физики выяснили, что свет является одновременно и частицей, и волной, а не чем-то отдельным. Этот корпускулярно-волновой дуализм применим ко всем известным частицам и волнам. По сути, и Гюйгенс, и Ньютон были в какой-то степени оба правы.

Закономерности во времени

В рамках нового исследования ученые из Имперского колледжа Лондона экспериментировали с оксид индия-олова, который является электропроводящим прозрачным материалом. Его используют в сенсорных экранах смартфонов. Когда сильный лазерный импульс попадает на тонкий слой этого соединения, он на крошечную долю секунды становится зеркалом.

В классической версии эксперимента с двумя прорезями используются два отверстия в экранах, через которые проходит свет, но в новом эксперименте ученые смогли изменить степень отражения света. Исследователи назвали эти небольшие временные отверстия в материале «щелями времени».

Чтобы создавать интерференционные закономерности от двойной щели во времени, устройство, которое использовали физики, должно переключать свою отражательную способность чрезвычайно быстро, в масштабах времени, сравнимых с тем, как быстро колеблется свет — несколько квадриллионных долей секунды.

«Если бы вся история Вселенной от Большого взрыва до данного момента, была секундой, то колебание света заняло бы всего один день», — говорит Ромен Тироль из Имперского колледжа Лондона.

Ученые обнаружили, что луч света, проходящий через такие щели времени, преломляется или рассеивается на несколько частот или цветов света. Эти разные частоты могут мешать друг другу, усиливая или ослабляя некоторые из них, создавая интерференционные закономерности, как это происходит со светом в классическом эксперименте с двумя прорезями.

Доказательства этого преломления света, которые обнаружили ученые, оказались намного сильнее, чем они ожидали. Это говорит о том, что скорость переключения оксида индия-олова в 10–100 раз выше, чем считалось ранее, что позволяет гораздо сильнее контролировать свет. То есть существуют новые особенности взаимодействия этого материала со светом, которые еще предстоит раскрыть и использовать, говорят ученые.

Что дальше?

Эти результаты показывают новые способы, с помощью которых ученые все больше и больше воздействуют на время. Например, недавно другая группа ученых продемонстрировала временные отражения со световыми волнами, когда световые сигналы проходили через «интерфейс времени» и они действовали так, как будто путешествуют назад во времени.

Щели времени и интерфейсы времени могут помочь ученым разработать новые способы управления светом, такие как фотонные кристаллы времени. Обычный кристалл представляет собой структуру из множества атомов, расположенных в регулярном порядке в пространстве, в то время как кристаллы времени представляют собой структуры, в которых многие частицы упорядочены в виде регулярных серий движений, то есть закономерностей во времени, а не в пространстве. В фотонном кристалле времени оптические свойства регулярно меняются со временем.

- Фотонные кристаллы времени могут применяться для усиления света и управления светом, например, для вычислений и, возможно, даже для квантовых вычислений со светом, — говорит Тироль.