فراتر از مرزهای فیزیک؛ کشف پدیدهای سریعتر از نور
دانشمندان با مطالعه «نقاط تاریک» در امواج نوری، پدیدهای را کشف کردند که میتواند محدودیت سرعت کیهانی انیشتین را به چالش کشیده و سریعتر از نور حرکت کند.
فرارو- در دنیای فیزیک کلاسیک، سرعت نور همواره به عنوان مرز نهایی و غیرقابل عبور شناخته میشد، اما یافتههای جدید یک تیم بینالمللی از پژوهشگران نشان میدهد که «تاریکی» در شرایطی خاص، میتواند از نور سبقت بگیرد.
به گزارش فرارو به نقل از پاپولر مکانیکس، از زمان انتشار نظریه نسبیت خاص آلبرت انیشتین در سال ۱۹۰۵، این حقیقت علمی که «هیچ چیز نمیتواند سریعتر از نور حرکت کند» به یکی از حقایق تغییرناپذیر فیزیک مدرن تبدیل شده است. با این حال، دانشمندان به تازگی دریافتند که این گزاره از نظر فنی کاملاً دقیق نیست.
طبق فرمولبندی انیشتین، «اطلاعات» نمیتوانند سریعتر از سرعت نور جابهجا شوند، اما پدیدههایی که فاقد جرم و فاقد بار اطلاعاتی هستند، از نظر تئوریک میتوانند این سد سرعت کیهانی را در هم بشکنند. پدیدهای که دانشمندان آن را در «تاریکی» یافتهاند.
رصد نقاط صفر؛ جایی که نور غایب است
یک تیم بینالمللی از دانشمندان به رهبری پژوهشگران دانشگاه تکنیون، در مطالعات اخیر خود که نتایج آن در مجله معتبر نیچر منتشر شده است، به جای اندازهگیری مستقیم سرعت نور، بر روی «نقاط تاریک» (Dark Points) در درون امواج نوری تمرکز کردند. این نقاط را میتوان به عنوان حفرههای بسیار ریزی در ساختار موج تصور کرد که در آنها دامنه موج به صفر میرسد؛ به همین دلیل فیزیکدانان اغلب از آنها به عنوان «نقاط صفر» (Zero Points) یا «نقاط خنثی» در میدانهای نوری یاد میکنند.
این نقاط تاریک باعث ایجاد پدیدهای به نام «گردابهای نوری» (Optical Vortices) میشوند. نویسندگان این مطالعه، رفتار این گردابها را به گردابهایی در جریان یک رودخانه تشبیه کردهاند که میتوانند با سرعتی بیشتر از جریان اصلی آب حرکت کنند. در این آزمایش، گردابهای تاریکی موفق شدند با سرعتی «ابرنوری» (Superluminal) جابهجا شوند؛ یعنی سرعتی فراتر از سرعت نور.
شتاب تاریکی در لحظه نابودی
تئوریهای فیزیک از دیرباز پیشبینی کرده بودند که تکینگیهای نوری (Singularities) میتوانند حرکتی سریعتر از نور داشته باشند، بهویژه در لحظاتی که به ایجاد یا نابودی (Annihilation) خود نزدیک میشوند. نویسندگان مقاله توضیح میدهند که در این لحظات خاص، سرعت این نقاط میتواند به بینهایت میل کند. آنها با استفاده از تکنولوژیهای پیشرفته، موفق شدند دینامیک فوقسریع این تکینگیها را با دقت مکانی و زمانی بسیار بالا رصد کنند و شتاب خیرهکننده آنها را در لحظات نابودی به تصویر بکشند.
میکروسکوپ پیشرفته و معجزه کوانتومی
اثبات اینکه تاریکی میتواند از نور پیشی بگیرد، به هیچ وجه ساده نبود و به یک سیستم میکروسکوپی منحصربهفرد نیاز داشت. محققان از یک چیدمان لیزری پیشرفته و یک سیستم اپتومکانیکی اختصاصی برای جمعآوری دادهها استفاده کردند.
بخش کلیدی این آزمایش بر عهده یک لایه بسیار نازک از مادهای به نام «نیترید بور هگزاکونال» (hBN) بود. در این ماده، نور به پدیدهای به نام «پلاریتون» تبدیل میشود؛ شبهذرهای که ترکیبی از نور و ماده است. ویژگی حیاتی پلاریتون این است که سرعت نور را در داخل ماده حدود ۱۰۰ برابر نسبت به سرعت آن در خلاء کاهش میدهد (هرچند هنوز بسیار سریعتر از سرعت صوت است).
در این وضعیت کند شده بود که دانشمندان توانستند برای نخستین بار سبقت گرفتن گردابهای «نقاط تاریک» از نور را به وضوح مشاهده و ثبت کنند.
دریچهای به سوی کشف فرآیندهای پنهان طبیعت
ایدو کامینر، استاد ارشد دانشگاه تکنیون و نویسنده اصلی این پژوهش، در بیانیهای اعلام کرد: «کشف ما پرده از قوانین جهانی طبیعت برمیدارد که در تمام انواع امواج، از امواج صوتی و جریانهای سیال گرفته تا سیستمهای پیچیدهای مانند ابررساناها، مشترک است.»
وی افزود: «ما معتقدیم این تکنیکهای نوین میکروسکوپی، مطالعه فرآیندهای پنهان در فیزیک، شیمی و زیستشناسی را ممکن خواهد ساخت و برای نخستین بار به ما نشان میدهد که طبیعت در سریعترین و گریزپاترین لحظات خود چگونه رفتار میکند.»
این دستاورد نه تنها مرزهای دانش ما را در مورد نور و تاریکی جابهجا میکند، بلکه ابزارهای جدیدی برای درک رفتارهای بنیادی ماده در مقیاسهای اتمی و زیراتمی فراهم میآورد که میتواند در آینده منجر به تحولات بزرگی در صنعت تکنولوژی و محاسبات کوانتومی شود.
