Физики впервые смогли ускорить искривленный луч света

Израильские физики успешно создали в лабораторных условиях ускоряющийся искривленный луч света, используя лампу накаливания. 

Впервые в истории физики продемонстрировали возможность ускорения пучка света в условиях искривленной траектории. Если представить себе луч, то нам покажется, что он движется по прямой линии. Но общая теория относительности утверждает, что на самом деле их траектория соответствует геодезической линии, то есть кратчайшему отрезку, соединяющему две точки. Такие линии и в самом деле совпадают с прямыми — но только в плоском пространстве.

Работа, опубликованная в журнале Physical Review X, «открывает двери для нового ряда исследований в области ускоряющихся лучей. До сих пор они изучались только в средах с плоской геометрией, таких как плоское свободное пространство или слоистые волноводы. В текущей работе оптические лучи следуют за изогнутыми траекториями в искривленной среде», объясняет Анатолий Пацик, физик из Израильского технологического института.

В своем исследовании физики использовали комбинацию двух изгибающих свет явлений. Сначала команда вызвала ускорение лазерного луча за счет отражения его от пространственного светового модулятора, — устройства, используемого для модуляции амплитудных, фазовых или поляризованных световых волн. Отскок луча от модулятора создает определенный фронт волны луча, который при ускорении сохраняет свою форму. После этого команда направила ускоряющий лазер на внутреннюю части лампы накаливания, окрашенной таким образом, что свет рассеялся и был виден исследователям.

Ученые заметили, что при движении по лампе траектория луча отклоняется от геодезической линии. Когда ее сравнили с траекторией аналогичного, но не ускоряющегося луча, то выяснилось, что в последнем случае она с геодезической линией совпадает. Исследование может стать отправной точкой для будущих исследований явлений, которые связаны с общей теорией относительности Эйнштейна. Пацик заявил, что «уравнения общей теории относительности Эйнштейна определяют, среди прочего, эволюцию электромагнитных волн в искривленном пространстве. Оказывается, что эволюция электромагнитных волн в искривленном пространстве по уравнениям Эйнштейна эквивалентна распространению электромагнитных волн в материальной среде, описываемой электрической и магнитной восприимчивостями, которые могут изменяться в пространстве».

Другими словами, методы, внедренные в этот эксперимент, могут помочь физикам более эффективно изучать такие явления, как гравитационное линзирование. Команда также изучает, могут ли существовать ускоренные плазменные лучи (те, у которых вместо света колебания плазмы) в искривленном пространстве.