Pentru prima dată, fizicienii au observat că anumite structuri din lumină – descrise ca „goluri” sau zone întunecate – pot părea că se deplasează mai rapid decât viteza luminii în vid. Acestea au fost denumite vortexuri optice (un tip de „noduri” în unda de lumină) și apar atunci când lumina se comportă ca o undă care se răsucește, asemănătoare unui tirbușon.
În centrul acestei răsuciri, intensitatea luminii devine nulă, rezultând un punct „negru”, adică o zonă în care nu se percepe lumină.
Vortexurile optice nu încalcă principiile relativității
Deși pare paradoxal, fenomenul nu contravine teoriei relativității. „Aceste vortexuri nu transportă masă, energie sau informație”, explică Ido Kaminer, unul dintre autorii studiului, fizician la Institutul de Tehnologie Technion, din Israel, în studiul publicat în revista Nature și relatat de Science Alert.
Mișcarea lor nu reprezintă o deplasare fizică, ca a unui obiect, ci rezultă din modul în care se modifică forma undei de lumină.
Cu alte cuvinte, nu un obiect real se mișcă mai rapid decât viteza luminii, ci doar un „model” al luminii se deplasează rapid. Este similar cu o umbră care pare că se mișcă foarte repede, fără ca obiectul fizic să fie în mișcare.
Transmiterea informației prin lumină
Informația este transmisă de către lumină în ansamblu, nu de aceste structuri interne, care reprezintă doar modele ale undei, fără a avea un rol direct în procesul de comunicare. Ea este codificată prin modificări ale undei de lumină – cum ar fi intensitatea, frecvența sau faza – și trimisă către destinație, similar cu modul în care datele sunt transportate prin fibra optică, acoperind distanțe mari.
Prin „informație”, fizicienii se referă la orice semnal care poate fi transmis și detectat – de la date digitale (internet, telefonie) până la semnale naturale, precum lumina provenită de la stele. Orice variație măsurabilă a luminii care poate fi interpretată reprezintă un tip de informație.
Cum se deplasează aceste „goluri”
Din punct de vedere matematic, se știe că două astfel de singularități, într-un sistem de referință, se atrag reciproc dacă au proprietăți opuse, similare sarcinilor electrice. Acestea accelerează pe măsură ce se apropie,
Pe măsură ce se apropie una de cealaltă, viteza lor crește foarte mult, explică cercetătorii: „Pe măsură ce singularitățile cu sarcini opuse se apropie, traiectoriile lor în spațiu-timp trebuie să formeze o curbă continuă în punctul de întâlnire, ceea ce le forțează să accelereze până la viteze nelimitate chiar înainte de dispariție.”
Experimentele care au permis observarea
Fenomenul era teoretic cunoscut încă din anii 1970, însă nu fusese observat direct până acum. Motivul: totul se întâmplă extrem de rapid și la scară foarte mică, iar tehnologia disponibilă nu putea captura aceste procese.
Recent, o echipă de fizicieni din Israel, condusă de Ido Kaminer, a reușit să observe fenomenul utilizând nitru de bor hexagonal – un material artificial bidimensional, foarte subțire, asemănător grafenului, care permite controlul undelor de lumină la scară extrem de redusă.
În acest material apar unde numite fonon-polaritoni (combinații între lumină și vibrațiile atomilor), care se deplasează mai încet decât lumina și pot fi monitorizate mai ușor.
Cercetătorii au utilizat un microscop electronic ultrarapid, capabil să surprindă procese extrem de rapide, în doar câteva femtosecunde, fracțiuni minuscule de secundă, imposibil de perceput în mod obișnuit. Prin combinarea mai multor imagini, au realizat o „filmare” a vortexurilor.
Când se depășește viteza luminii
În aceste imagini, vortexurile se admite că se apropie și se anihilează reciproc, iar în acel moment, viteza lor aparentă depășește viteza luminii în vid.
„Descoperirea noastră evidențiază legi universale valabile pentru toate tipurile de unde”, afirmă fizicienii. Aceștia menționează că „această descoperire oferă un instrument tehnologic avansat” pentru explorarea fenomenelor la scară foarte mică.
Importanța acestei descoperiri
Rezultatele nu contravin principiilor fundamentale ale fizicii, dar reprezintă o metodă inovatoare de a observa procese extrem de rapide și dificil de detectat, care anterior erau aproape invizibile.
Noua tehnică, bazată pe microscopie electronică ultrarapidă, permite monitorizarea timp real a acestor fenomene la scară nanometrică, acolo unde se realizează interacțiuni critice între lumină și materie. Cercetătorii consideră că această metodă poate fi aplicată nu doar în fizică, ci și în chimie și biologie, pentru studierea reacțiilor și mecanismelor ce au loc în timp extrem de scurt, de la comportamentul materialelor până la procesele din celulele vii.
„Suntem convinși că aceste tehnici avansate vor dezvălui comportamentul ascuns al naturii în cele mai rapide și complexe momente, în domenii precum fizica, chimia și biologia”, au afirmat fizicienii din Israel.
