Första gången jag "fångar" ljus i virtuell tid

Fysiker vid University of Maryland (USA) har just uppnått en exempellös vetenskaplig milstolpe: att observera ljus när det rör sig i "imaginär tid", ett matematiskt koncept som verkar overkligt.

Att observera ljusets rörelser i både verkliga rummet och "virtuell tid" kommer att öppna upp många möjligheter för praktiska tillämpningar i det moderna mänskliga livet - Illustration: NASA

Normalt sett, när ljus passerar genom ett transparent material, färdas det inte lika fritt som det gör i vakuum. Det komplexa nätverket av elektromagnetiska fält i materialet saktar ner varje foton, vilket fördröjer hela ljusstrålens färd.

Detta fenomen hjälper forskare att förstå hur ljus interagerar med materials mikrostruktur och därigenom utforska dess fysikaliska egenskaper.

Från virtuellt till verkligt

En del av de matematiska modeller som beskriver detta fenomen använder ofta tal som kallas imaginära tal. Dessa tal har inget verkligt värde i vardagen och betraktas ofta som rent matematiska verktyg. Det nya experimentet har visat att dessa till synes bara på papperet verkliga tal faktiskt kan manifestera sig i helt mätbara fysiska fenomen.

I en studie publicerad i tidskriften Physical Review Letters , en av de mest prestigefyllda vetenskapliga tidskrifterna inom fysikområdet, sa teamet bestående av två fysiker, Isabella Giovannelli och Steven Anlage, att de använde mikrovågor, en form av ljus utanför det synliga området, och överförde det genom en sluten slinga av koaxialkabel. Denna enhet simulerar en kontrollerad miljö för att studera utbredningen av ljuspulser genom material.

Genom att mäta de små frekvensfluktuationerna hos mikrovågorna när de passerade genom systemet upptäckte de att frekvensförskjutningarna inte var slumpmässiga, utan var den fysiska manifestationen av imaginära tal i ekvationen.

Detta visar att begreppet imaginär tid inte bara är en matematisk fantasi utan faktiskt existerar och påverkar ljusets utbredning.

Dr Anlage sa att hans team hade upptäckt en tidigare förbisedd frihetsgrad i ljusvågor, vilket gör att ett fenomen som en gång ansågs vara "virtuellt" kan förklaras av helt verkliga faktorer.

Anmärkningsvärt nog kan ljuspulser i detta medium tillfälligt röra sig snabbare än fotonerna som de består av. Detta kan låta paradoxalt, men det är en logisk konsekvens av mediets och vågstrukturens inflytande.

Många möjligheter till praktiska tillämpningar

Framgången med detta experiment är inte bara ett steg framåt inom teoretisk fysik. Observationen av ljus i ett tillstånd som kallas "imaginär tid" öppnar också upp många möjligheter för praktiska tillämpningar i det moderna livet.

I takt med att människor bättre förstår hur elektromagnetiska vågor, från ljus till mikrovågor, rör sig och förändras när de passerar genom materia, kan vi optimera många av de tekniker som är beroende av dem.

Till exempel inom trådlös kommunikation kan denna nya kunskap bidra till att förbättra hastigheten och noggrannheten i signalöverföringen. Med radar- och sensorsystem kan den bidra till ökad känslighet och minskad störning, vilket förbättrar effektiviteten inom områden som flyg, militär och automation.

Särskilt i den framväxande världen av kvantberäkning, där varje interaktion är beroende av beteendet hos mikroskopiska partiklar som fotoner, kan en djupare förståelse av hur ljus beter sig vara nyckeln till att designa mer kraftfulla och stabila datorenheter i framtiden.

Med andra ord, från ett fenomen som en gång ansågs helt abstrakt, håller virtuell tid nu gradvis på att bli en användbar del av den verkliga teknologiska världen.

Tillbaka till ämnet

MINH HAI

Källa: https://tuoitre.vn/lan-dau-bat-duoc-anh-sang-trong-thoi-gian-ao-20250630214758668.htm