Zespół fizyków z amerykańskiego Stevens Institute of Technology w swoim najnowszym artykule naukowym opublikowanym na łamach periodyku Physical Review Research opisał dość skomplikowane zachowanie fal świetlnych za pomocą… mającego już trzysta pięćdziesiąt lat twierdzenia, które dotychczas wykorzystywano do mechanicznego opisu obiektów makroskopowych, takich jak wahadła czy planety.
Naukowcy pracujący pod kierownictwem Xiaofenga Qiana byli w stanie ustalić i dowieść po raz pierwszy w historii, że istnieje bezpośredni związek między stopniem polaryzacji fali świetlnej ze stopniem jej splątania niekwantowego. Ten pozornie nieistotny fakt sprawia, że właściwości optyczne, które są dość trudne do zmierzenia, takie jak amplitudy, korelacje, czy fazy można wywnioskować z samego natężenia światła, które jest znacznie łatwiejsze do zmierzenia.
Czytaj także: Twierdzenie Ramseya praktycznie nie zmieniło się od 90 lat. Dzięki nowym badaniom skorygowano dotychczasowe wyniki
Naukowcy przyznają, że choć w żaden sposób nie udało im się pogodzić faktu, że światło czasami zachowuje się jak cząstka, a czasami jak fala, to jednak udało się wykazać bezpośredni związek między falami i cząstkami także na poziomie klasycznych fal świetlnych.
Najciekawsze jest jednak to, w jaki sposób naukowcy doszli do swoich wniosków.
Badacze postanowili oprzeć swoje rozważania o twierdzenie opracowane przez Christiaana Huygensa i opublikowane po raz pierwszy w 1673 roku. Owo twierdzenie z mechaniki opisuje, jak zmienia się energia wymagana do obrócenia obiektu w zależności od jego masy i osi obrotu. Przez ponad 350 lat to właśnie twierdzenie opisywało ruch obiektów makroskopowych. Dopiero teraz fizycy postanowili sprawdzić, czy nie może ono wnieść jakiegoś wkładu w rozważania nad naturą światła. Fakt, że jak dotąd nikt nie myślał o takim zastosowaniu, można wyjaśnić stosunkowo łatwo: całe twierdzenie dotyczy dużych obiektów fizycznych i ich mas, kwanty światła natomiast nie posiadają żadnej mierzalnej masy.
Czytaj także: Licealistki dokonały czegoś, co wielu uznawało za niemożliwe. Udowodniły twierdzenie Pitagorasa w oryginalny sposób
Naukowcy ze Stevens Institute of Technology podstawili jednak za masę intensywność światła, w ten sposób przekształcając niejako układ optyczny w układ mechaniczny, który następnie można było opisać za pomocą dobrze znanych równań fizycznych. Wyniki pracy były zaskakujące, bowiem niemal od razu fizycy zauważyli powiązania między poszczególnymi właściwościami fal, których w standardowym trybie badania światła nikt dotąd nie dostrzegł.
Wyjaśnienie tych zależności, które będzie stanowiło nowe wyzwanie dla wielu fizyków, może w przyszłości przełożyć się na praktyczne korzyści. Możliwe, że nagle stanie się możliwe ustalanie niezwykle trudnych do ustalenia własności światła za pomocą stosunkowo prostych i sprawdzonych pomiarów jego natężenia. Co więcej, z czasem naukowcy skupią się na próbie ustalenia, czy to samo dotyczy układów kwantowych. Jeżeli tak to układy mechaniczne będą mogły posłużyć do symulacji i analizy wielu nietypowych zachowań fal kwantowych.
