Допомогли Ньютон і Гюйгенс. У США використали теорему 350-річної давнини, щоб знайти нові властивості світла

Стара теорія допомогла пояснити природу світла (Фото:wenani/Depositphotos)

Дослідники зі Stevens Institute of Technology знайшли новий зв’язок між двома основними уявленнями про світло: як про хвилю і як про частинку. Зробити відкриття допомогли наукові праці Ісаака Ньютона і Христіана Гюйгенса.

Нове дослідження, проведене асистентом професора фізики Сяофен Цянем і опубліковане в журналі Physical Review Research, доводить, що ступінь неквантової заплутаності світлової хвилі перебуває в прямому зв’язку з її ступенем поляризації. У міру зростання однієї, інша зменшується, що дає змогу безпосередньо виводити рівень заплутаності з рівня поляризації і навпаки.

Команда Цяня використовувала механічну теорему, розроблену Христіаном Гюйгенсом після дебатів з Ісааком Ньютоном у 1673 році для пояснення, як енергія, необхідна для обертання об’єкта, змінюється залежно від маси об’єкта й осі, навколо якої він обертається. Команда адаптувала цю теорему для пояснення роботи світла, розглядаючи інтенсивність світла як еквівалент маси фізичного об’єкта. Вони зіставили ці вимірювання з координатною системою, яку можна було інтерпретувати з використанням теореми.

У результаті відкрилися нові зв’язки між властивостями світлової хвилі, включно з тією обставиною, що заплутаність і поляризація стоять у прямому взаємозв’язку одна з одною.

Сяофен Цянь заявив: «Ми знали понад століття, що світло іноді поводиться як хвиля, а іноді як частинка, але поєднання цих двох рамок виявилося надзвичайно складним. Наша робота не розв’язує цю проблему, але вона показує, що між концепціями хвилі і частинки існують глибокі зв’язки, не тільки на квантовому рівні, а й на рівні класичних світлових хвиль і систем із точковою масою».

Це відкриття може мати важливі практичні наслідки, даючи змогу виводити складні та важковимірювані властивості оптичних і навіть квантових систем із простіших і надійніших вимірювань інтенсивності світла. Крім того, результати дослідження підказують можливості використання механічних систем для імітації та кращого розуміння дивних і складних властивостей квантових хвильових систем.