Псевдогравитация в кристаллах может искривлять свет, как черные дыры
Ученым из Японии удалось манипулировать светом так, как если бы он находился под действием гравитации. Тщательно искажая фотонный кристалл, команда смогла вызвать «псевдогравитацию», чтобы изогнуть луч света, что могло бы иметь полезные применения в оптических системах.
Одна из особенностей общей теории относительности Эйнштейна заключается в том, что на свет влияет ткань пространства-времени, которая сама искажается гравитацией.
Вот почему объекты с чрезвычайно большой массой, такие как черные дыры или целые галактики, могут так влиять на свет, искривляя его путь и увеличивая удаленные объекты.
В недавних исследованиях было предсказано, что этот эффект можно будет воспроизвести в фотонных кристаллах. Эти структуры используются для управления светом в оптических устройствах и экспериментах, и обычно они создаются путем объединения нескольких материалов в периодические структуры.
Предполагалось, что искажения в этих кристаллах могут отклонять световые волны способом, очень похожим на гравитационные линзы космического масштаба. Это явление получило название псевдогравитации.
В новом исследовании ученые проверили эту идею на фотонном кристалле из кремния.
Они исказили кристаллическую структуру так, что ячейки сетки, изначально однородные на расстоянии 200 микрометров друг от друга, становились все более и более деформированными по поверхности. Затем на кристалл был направлен лазер со световыми волнами терагерцового диапазона.
Устройство имело два выходных порта на противоположной стороне от входного порта лазера, расположенных так, чтобы один находился над входом, а другой под ним.
Если бы псевдогравитация не действовала, лазер двигался бы по прямой линии и не выходил бы ни через один из портов, но в искаженном кристалле световые волны успешно направлялись к нижнему порту.
Исследователи говорят, что этот метод может быть очень полезным способом манипулирования светом в оптических системах и других устройствах, а также может стать основой для изучения соответствующей физики.
«Такое управление лучом в плоскости терагерцового диапазона можно использовать в связи 6G », — сказал доцент Масаюки Фудзита, автор исследования. «С академической точки зрения результаты показывают, что фотонные кристаллы могут использовать гравитационные эффекты, открывая новые пути в области физики гравитонов».
Исследование было опубликовано в журнале Physical Review A.