Вчені вперше побачили щось, що швидше за світло

Міжнародна наукова група вперше експериментально зафіксувала явище, про яке теоретики говорили більше піввіку: в певних умовах «темрява» здатна поширюватися швидше за світло. Результати дослідження опубліковано в журналі Nature.

Ще в 1905 році Альберт Ейнштейн довів, що жодна інформація не може передаватися швидше за швидкість світла. Проте об’єкти або явища без маси та без здатності переносити інформацію теоретично можуть демонструвати надсвітлову, або суперлюмінальну, поведінку. Саме до таких явищ належать так звані «темні точки» — фазові сингулярності, тобто ділянки, де амплітуда світлової хвилі дорівнює нулю.

Дослідники з Tech­nion — Israel Insti­tute of Tech­nol­o­gy розробили спеціальну експериментальну установку, що поєднує високоточну лазерну мікроскопію та оптомеханічну систему з нанометричною просторовою і надкороткою часовою роздільною здатністю. Завдяки цьому вдалося вперше безпосередньо спостерігати динаміку «темних вихорів» всередині світлового пучка.

Ключову роль у досліді відіграв матеріал — гексагональний нітрид бору, у якому світло перетворюється на поляритони: квазічастинки, що є гібридом фотона і фонона. У цьому середовищі швидкість поширення світла скорочується приблизно у сто разів порівняно з вакуумом, що дозволило вченим зафіксувати момент, коли темні сингулярності прискорюються та перевищують локальну швидкість поширення хвилі.

Найвищі швидкості були зафіксовані в момент «народження» або «зникнення» таких сингулярностей, коли їхня динаміка стає нестабільною. Процес нагадує поведінку турбулентних вихорів у річці: хоча вода рухається з певною швидкістю, окремі вихрові структури можуть «обганяти» загальний потік.

Науковці наголошують, що відкриття не суперечить спеціальній теорії відносності: інформація як така при цьому не передається швидше за світло. Йдеться лише про геометричні та фазові особливості хвильового поля. Водночас автори зазначають, що подібні закономірності можуть бути характерні для різних типів хвиль — від звукових до квантових систем, зокрема у надпровідниках. Нові методи спостереження відкривають можливості для вивчення процесів, які досі залишалися прихованими через свою надшвидку природу.