Světlo bez námahy klouže přes celou prázdnotu vesmíru a pokrývá konstantní vzdálenost 299 792 458 metrů za sekundu. Nic víc, nic míň.
To vše se změní, když je tato vlna elektromagnetismu nucena interagovat s elektromagnetickými poli obklopujícími kousky hmoty. Při průchodu touto bažinou se může celková rychlost světla zpomalit na relativní plazení.
Tento jev vidíme v ohybu světla, když prochází sklenicí vody, nebo dokonce v oslnivém oddělení vln v duze.
Zatímco fyzici mohou toto zpoždění popsat pomocí Rovnice devatenáctého století Pokud jde o světlo a elektromagnetismus, dosud nedokázali při měření fyzikálních vln dostatečně zachytit náhlou změnu rychlosti světla mezi různými prostředími.
Tři fyzici z univerzity v Tampere přišli s potenciálním řešením tohoto problému, ale ne dříve, než přehodnotili některé docela základní principy postupu světelné vlny časem a jednou dimenzí prostoru.
„V podstatě jsem našel velmi elegantní způsob, jak odvodit standardní vlnovou rovnici v rozměrech 1+1,“ On říká První autor studie, Mattias Koivurova, nyní působí na University of Eastern Finland.
„Jediný předpoklad, který jsem potřeboval, byl, že rychlost vln je konstantní. Pak jsem si pomyslel: Co když to není vždy konstantní? To se ukazuje jako opravdu dobrá otázka.“
Rychlost světla – nebo c, použijeme-li jeho zkratku – je globální limit pro informace pohybující se vakuem. Zatímco hmota může účinně zpomalit celkový let částice, speciální teorie relativity říká, že tato základní vlastnost se ve skutečnosti nemůže změnit.
Fyzika však občas vyžaduje občasné úlety představivosti, aby mohla prozkoumat nové oblasti. Takže Koivurova spolu s kolegy Charlesem Robsonem a Marcem Ornigottim odložili tento nepohodlný fakt stranou, aby zvážili důsledky standardní vlnové rovnice, kde se může náhodná světelná vlna zrychlit.
Zpočátku jejich řešení nedávalo moc smysl. Teprve když přidali konstantní rychlost zpět jako referenční rámec, kusy do sebe zaklaply.
Pošlete rychle vesmírnou loď do hlubin vesmíru a její pasažéři zažijí čas a vzdálenost jinak než pozorovatelé sledující jejich cestu z dálky. Tento paradox přichází díky teorii relativity, která byla znovu a znovu úspěšně testována na nejrůznějších měřítcích.
Po zarámování urychlující vlny proti konstantní rychlosti světla vypadaly podivné efekty nového řešení rovnice standardních vln přesně jako ty, které vnucuje teorie relativity. Jejich vyšetřování mělo hluboký dopad na… Spor o to, zda hybnost světelné vlny Při přechodu do nového média se zvyšuje nebo snižuje.
„Ukázali jsme, že z hlediska vlny se s její hybností nic neděje. Jinými slovy, hybnost vlny je zachována,“ On říká Koivurová.
Bez ohledu na to, o jakou vlnu jde, zda je v elektromagnetickém poli, vlnění na jezírku nebo vibrace pod strunou, měření relativity a zachování hybnosti musí být započítáno do rovnice, když nabírá rychlost. Toto zobecnění mělo ještě jeden pozoruhodný, i když poněkud neuspokojivý důsledek.
Ať už jsou to naši neohrožení vesmírní cestovatelé řítící se k Alfa Centauri zlomkovou rychlostí světla, nebo jejich zhrzená rodina pomalu stárnoucí na Zemi, každé z jejich hodin tiká na to, co je… Pravý čas. Tyto dva časy se mohou lišit délkou sekundy, ale každý je spolehlivým měřítkem plynutí let ve svém vlastním rámci.
Pokud mají všechny vlny také správný časový směr relativity, říkají fyzici, pak každá fyzika řízená vlnami musí mít přísnou časovou směrovost. Takový, který prostě nelze vrátit pro žádnou část.
Doposud byly rovnice řešeny pouze pro jednu dimenzi prostoru (a času). Musí být také provedeny experimenty, aby se zjistilo, zda je tento pohled na vlny správný.
Pokud ano, pak je naše kolektivní cesta vesmírem skutečně jednosměrná.
Tento výzkum byl publikován v optika.
Přátelský webový obhájce. Odborník na popkulturu. Bacon ninja. Tvrdý twitterový učenec.
