Wyobraźmy sobie sytuację, w której światło przechodzi przez dowolny przezroczysty materiał, np. szkło czy plastik. W takiej sytuacji światło nie porusza się już po linii prostej. Choć fotony zawsze poruszają się z tą samą prędkością w próżni, w objętości materiału przezroczystego wchodzą w interakcje z atomami, a to już bezpośrednio wpływa na ich ruch. W takiej sytuacji mamy do czynienia z opóźnieniami i zmianami samego sposobu rozchodzenia się światła.
Tutaj właśnie z pomocą naukowcom od dekad przychodzą liczby urojone.
Nazwa ta odnosi się do wartości matematycznych opartych na pierwiastku kwadratowym z liczby ujemnej. W szkole podstawowej czy średniej liczby urojone nie pojawiają się na matematyce, bowiem nie mają one fizycznego odpowiednika w codziennym życiu. Nie zmienia to jednak faktu, że są one dosłownie nieodzowne w matematycznym opisie fal, oscylacji czy zjawisk kwantowych.
Czytaj także: Dźwięk może zachowywać się jak światło. Odkryto nowe fale dźwiękowe
Czas urojony jednak dotychczas stanowił jedynie narzędzie wykorzystywane przez teoretyków. Aż do teraz. Zespół naukowców kierowanych przez Isabellę Giovannelli i Stevena Anlage’a po raz pierwszy wykorzystał go w swoim eksperymencie. Fizycy użyli impulsów promieniowania mikrofalowego i przetestowali ich zachowanie w precyzyjnie zaprojektowanym układzie przypominającym właśnie złożone warunki transmisji.
Eksperyment opierał się na pętli z kabli koncentrycznych, znanych z dobrej kontroli nad propagacją fal. Badacze wysyłali przez nie impulsy i rejestrowali subtelne zmiany fal za pomocą czułych oscyloskopów. W toku pomiarów naukowcy dostrzegli niewielkie przesunięcia częstotliwości fali nośnej w trakcie interakcji z ośrodkiem. Owe przesunięcia okazały się dokładnie takie, jakie przewiduje matematyka z wykorzystaniem liczb urojonych.
Czytaj także: Nowe ustalenia na temat światła. Tego o nim nie wiedzieliśmy
Warto tutaj podkreślić, że zmiany te były ściśle powiązane z procesami absorpcji i transmisji energii świetlnej, co dowodzi, że czas urojony ma rzeczywisty, mierzalny wpływ na zachowanie fal świetlnych. W niektórych przypadkach impulsy zdawały się poruszać szybciej niż pojedyncze fotony. Fakt ten zaskoczył naukowców, bowiem jest to zjawisko paradoksalne, choć zgodne z prawami fizyki, jeśli uwzględni się oba typy liczb: rzeczywiste i urojone.
Odkrycie Giovannelli i Anlage’a stanowi zatem rzeczywiste fizyczne potwierdzenie tego, co dotychczas było wyłącznie konstrukcją matematyczną. Czas urojony właśnie stał się realnym narzędziem opisu rzeczywistości. Możliwe nawet, że jest to pierwszy z wielu eksperymentów z jego wykorzystaniem, które umożliwią badanie mechaniki fal w zupełnie nowy sposób. Już teraz naukowcy przyznają, że takie badania mogą odblokować nam nowe możliwości rozwoju telekomunikacji, technologii radarowych czy komputerów kwantowych. Wiele odkryć dopiero przed nami.