Новый класс лазеров нарушает законы физики света

Ученые создали новый вид лазерного луча, который, по-видимому, нарушает давно существующие законы физики света. Эти новые лучи, которые команда исследователей называет «волновыми пакетами пространства-времени», подчиняются другим правилам преломления, что может привести к новым коммуникационным технологиям.

Свет распространяется с разной скоростью через разные среды, замедляясь в более плотных материалах. Это явление лучше всего описать в рамках простого эксперимента: если вы поместите ложку в стакан с водой, она будет казаться «сломанной» о поверхность воды. Это связано с тем, что свет проходит через воду медленнее, чем через воздух, и световые лучи изгибаются при входе в воду — явление, известное как закон Снеллиуса.

Но новые лазерные лучи не подчиняются этому основному закону света. И это не только закон Снеллиуса — команда утверждает, что они также игнорируют принцип Ферма, согласно которому свет всегда идет по кратчайшему пути между двумя точками.

«Этот новый класс лазерных лучей обладает уникальными свойствами, которые не присущи обычным лазерным лучам», — говорит Айман Абурадди, главный автор исследования.

«Волновые пакеты пространства-времени можно настроить так, чтобы они вели себя обычным образом, чтобы вообще не изменять скорость или даже аномально ускоряться в более плотных материалах. Таким образом, эти световые импульсы могут одновременно приходить в разные точки пространства».

Это имеет серьезные последствия для технологий оптической связи. Ученые использует пример самолета, отправляющего сообщения, закодированные в свете, двум подводным лодкам на одинаковой глубине, но на разных расстояниях. Обычно сообщение приходит к более близкой лодке первым, но с пакетами пространственно-временных волн импульсы могут распространяться и достигать обоих одновременно.

Хотя может показаться, что эта технология противоречит некоторым ключевым законам физики, ученые подчеркивают, что на самом деле она все еще соответствует специальной теории относительности.

Это потому, что они не вмешиваются в сами колебания световых волн — вместо этого они контролируют скорости, с которыми перемещаются пики световых импульсов. Это делается с помощью устройства, называемого пространственным модулятором света, которое реорганизует энергию каждого светового импульса, чтобы переплетать его свойства в пространстве и времени.

«Преломление пространства-времени противоречит нашим ожиданиям, основанным на принципе Ферма, и предлагает новые возможности для формирования светового потока и других волновых явлений», — говорят ученые.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Photonics.