Исследователи из Технологического института Стивенса применили теорему 350-летней давности, первоначально использовавшуюся для описания поведения маятников и планет, чтобы выявить новые свойства световых волн.
 |
| Исследователи использовали механическую теорему 350-летней давности, обычно применяемую к материальным объектам, чтобы открыть новое понимание природы света. Интерпретируя интенсивность света как эквивалент физической массы, они отобразили свет в систему, в которой можно было применить установленные механические уравнения. Этот подход выявил прямую корреляцию между степенью неквантовой запутанности световой волны и степенью ее поляризации. Эти результаты могут упростить понимание сложных оптических и квантовых свойств посредством более простых измерений интенсивности света. (Фото: scitechdaily.com) |
Со времен дебатов 17-го века между Исааком Ньютоном и Христианом Гюйгенсом о сущности света научное сообщество задалось вопросом: является ли свет волной или частицей — или, возможно, на квантовом уровне, даже тем и другим одновременно? Теперь исследователи из Технологического института Стивенса выявили новую связь между двумя точками зрения, используя механическую теорему 350-летней давности, обычно используемую для описания движения крупных физических объектов, таких как маятники и планеты, для объяснения некоторых явлений. наиболее сложное поведение световых волн.
Раскрытие связей между свойствами света
Работа, проведенная под руководством Сяофэна Цяня, доцента физики Университета Стивенса, также впервые доказывает, что степень неквантовой запутанности световой волны существует в прямой и взаимодополняющей зависимости. со степенью поляризации. Когда один поднимается, другой падает, что позволяет определить уровень запутанности непосредственно по уровню поляризации, и наоборот. Это означает, что трудноизмеримые оптические свойства, такие как амплитуды, фазы и корреляции (возможно, даже свойства квантовых волновых систем), можно вывести из чего-то, что гораздо легче измерить: интенсивности света.
«Уже более века мы знаем, что свет иногда ведет себя как волна, а иногда как частица, но согласовать эти две концепции оказалось чрезвычайно сложно», — сказал Цянь. «Наша работа не решает эту проблему, но она показывает что существуют глубокие связи между концепциями волн и частиц не только на квантовом уровне, но и на уровне классических световых волн и систем точечной массы».
Применение механической теоремы Гюйгенса к свету
Команда Цяня использовала механическую теорему, первоначально разработанную Гюйгенсом в книге о маятниках 1673 года, которая объясняет, как энергия, необходимая для вращения объекта, меняется в зависимости от массы объекта и оси, вокруг которой он вращается. «Это общепризнанная механическая теорема, которая объясняет работу физических систем, таких как часы или протезы конечностей», — объяснил Цянь. «Но мы смогли показать, что он также может предложить новое понимание того, как работает свет».
Эта 350-летняя теорема описывает взаимосвязь между массами и их вращательным моментом, так как же ее можно применить к свету, где нет массы, которую можно было бы измерить? Команда Цяня интерпретировала интенсивность света как эквивалент массы физического объекта, а затем нанесла эти измерения на систему координат, которую можно было интерпретировать с помощью механической теоремы Гюйгенса. «По сути, мы нашли способ преобразовать оптическую систему, чтобы мы могли визуализировать ее как механическую систему, а затем описать ее с помощью общепризнанных физических уравнений», — объяснил Цянь.
Как только команда представила световую волну как часть механической системы, сразу же стали очевидны новые связи между свойствами волны, включая тот факт, что запутанность и поляризация находятся в четкой взаимосвязи друг с другом.
«Это было то, что раньше не было показано, но это становится очень ясно, как только вы нанесете свойства света на механическую систему», — сказал Цянь. «То, что когда-то было абстрактным, становится конкретным: используя механические уравнения, вы можете буквально измерить расстояние между «центром масс» и другими механическими точками, чтобы показать, как различные свойства света связаны друг с другом».
Уточнение этих взаимосвязей может иметь важные практические последствия, позволяя выводить тонкие и трудноизмеримые свойства оптических систем (или даже квантовых систем) на основе более простых и надежных измерений интенсивности света, объяснил Цянь. В более спекулятивном плане результаты команды предполагают возможность использования механических систем для моделирования и лучшего понимания странного и сложного поведения квантово-волновых систем.
«Это еще впереди, но в этом первом исследовании мы ясно показали, что, применяя механические концепции, можно понять оптические системы совершенно по-новому», — сказал Цянь. «В конечном счете, это исследование помогает упростить наше понимание мира, позволяя нам признать внутренние основные связи между, казалось бы, несвязанными физическими законами».
No comments:
Post a Comment