Физики впервые наглядно показали, что «дыры» в свете могут двигаться быстрее самого света. Ещё с 1970-х годов ученые считали, как водовороты в реке обгоняют течение, так и световые вихри могут обходить свет, в который погружены. Исследование об оптических вихрях или фазовых сингулярностях опубликовано в журнале Nature.
Вихри не несут массу, энергию или информацию. Их движение связано с изменением геометрии волнового узора, а не физическим перемещением в пространстве. Зафиксировать явление сложно, и ученым удалось справиться только благодаря прогрессу в электронной микроскопии.
«Открытие выявляет универсальные законы природы, общие для всех волн — от звука и потоков жидкости до сверхпроводников», — отмечают ученые.
Для глаза человек свет выглядит сплошным, но на самом деле в нем «кипит» множество невидимых процессов. При оптическом вихре волна закручивается при распространении, как штопор. В самом центре свет гасит сам себя, и остаётся точка нулевой интенсивности в виде темной «дыры».
Если судить с точки зрения математической науки, то две такие сингулярности в одной системе притягиваются, разгоняются по мере сближения и могут достигать скоростей, которые кажутся выше световой.
«Когда сближаются сингулярности с противоположными зарядами, их траектории в пространстве-времени должны образовывать непрерывную кривую в точке аннигиляции, что разгоняет их до неограниченных скоростей прямо перед столкновением», — пишут авторы.
В других системах подобные изменения фиксировались, но со светом это сделать сложнее. Лабораторных исследований хватало, но технологии не успевали за скоростью рождения, движения и столкновений вихрей. Для решения задачи ученые использовали специальный скоростной электронный микроскоп с уникальным пространственным и временным разрешением. Устройство фиксирует события за 3 квадриллионных доли секунды.
Ранее сообщалось, что ученые из Лейденского университета в Нидерландах смогли напечатать на 3D-принтере микроскопического робота. Размер аппарата равен одноклеточному организму.
