physics4u - Το φως συμπεριφέρεται με παράξενους τρόπους όταν φωτίζει ειδικά υλικά

Το φως μπορεί να κάνει παράξενα πράγματα λένε οι επιστήμονες, λόγου χάριν φαίνεται να μπορεί να κινηθεί γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός σε ένα μέσον και μάλιστα μπορεί να πηγαίνει και προς τα πίσω.

Δύο ερευνητικές ομάδες ανέφεραν ανεξάρτητα η μία από την άλλη στο Science, μια περίεργη συμπεριφορά του φωτός αντίθετη με ό,τι γνωρίζαμε μέχρι σήμερα, και η οποία παρατηρήθηκε σε δύο πολύ διαφορετικά πειράματα.

Ο Robert Boyd, ένας ειδικός της οπτικής στο πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ στη Νέα Υόρκη μαζί με τους συναδέλφους του προκάλεσαν ένα περίεργο τέχνασμα χρησιμοποιώντας μια οπτική ίνα εμπλουτισμένη με έρβιο - ένα σπάνιο στοιχείο που επιλέχθηκε για να επιτρέψει την ενίσχυση του φωτεινού παλμού - το ίδιο είδος ίνας που χρησιμοποιείται και στις τηλεπικοινωνίες.

Διαχώρισαν ένα απλό παλμό λέιζερ στα δύο, στέλνοντας τον ένα να ταξιδέψει μέσω της οπτικής ίνας και επιτρέποντας στον άλλο να ταξιδέψει χωρίς παρεμβολή.

Αρκετά παραδόξως, η πρώτη ακτίνα βγήκε από το άλλο άκρο της ίνας μπροστά από τον παλμό της σύγκρισης.

Πιο περίεργα ακόμα, το φως που βγήκες ξέφυγε προτού ακόμη να εισαχθεί το αρχικό φως στην ίνα.

Αυτό που είχε συμβεί ήταν ότι μόλις εισήχθηκε ο αρχικός παλμός στην ίνα, η ίνα κλωνοποίησε αμέσως έναν ίδιο παλμό στο άλλο άκρο της ίνας. Έτσι ο κλωνοποιημένος παλμός βγήκε πριν εισέλθει το υπόλοιπο τμήμα του αρχικού παλμού.

Συγχρόνως, ένας άλλος κλωνοποιημένος παλμός γύρισε προς τα πίσω μέσω της ίνας για να εξουδετερώσει τον αρχικό.

Έτσι τελικά, άλλος παλμός εισήχθη και άλλος προέκυψε, αλλά με έναν συγχρονισμό που έδειξε να παραβιάζει το φυσικό όριο της ταχύτητας του φωτός. Η υπέρβαση του ορίου ταχύτητας δεν συνέβη πραγματικά, καθ' ότι ο εξερχόμενος παλμός ήταν τμήμα του αρχικού, που μετασχηματίστηκε λόγω της ενισχυτικής δράσης του έρβιου μέσα στην ίνα, το οποίο προσέθεσε ένα στιγμιαίο ενεργειακό φορτίο.

Για να εξετάσουν εάν ο παλμός ταξίδευε προς τα πίσω όπως φάνηκε, η ομάδα ελάττωνε το μήκος της ίνας κατά λίγα εκατοστά τη φορά και επαναλάμβανε το πείραμα.

Κάνοντας τα πειράματα μαζί σε σειρά, πρόσεξαν τότε την οπίσθια πρόοδο της ακτίνας.

Η ίδια η ίνα, συμπεραίνουν αναδημιούργησε αμέσως τον παλμό στο άλλο άκρο, στέλνοντας ταυτόχρονα έναν άλλο παλμό προς τα πίσω.

Όχι μια φορά, αλλά δύο φορές

Η άλλη ομάδα ερευνητών, που καθοδηγήθηκε από το Gunnar Dolling στη Γερμανία, έκανε μια παρόμοια παρατήρηση σε ένα ανεξάρτητο πείραμα στο Πανεπιστήμιο της Καρλσρούη.

Η ομάδα έστειλε έναν παλμό φωτός μέσω κάποιου υλικού οι ασυνήθιστες ιδιότητες του οποίου της επέτρεψαν να κάμψουν το φως με απροσδόκητους τρόπους.

Ο Dolling και οι συνάδελφοι του βεβαίωσαν επίσης την ίδια οπίσθια κίνηση, την πολύ πιο γρήγορη από το φως - συμπεριφορά του φωτός όπως η ομάδα του Ρότσεστερ.

"Η διάδοση των φωτεινών κυμάτων μέσω μέσων διασποράς οδηγεί συχνά σε μια απροσδόκητη συμπεριφορά", αναφέρει ο Dolling. Η διασπορά ή σκέδαση είναι η δυνατότητα ενός υλικού να διαχωρίζει το φως σε διαφορετικά μήκη κύματος, ή χρώματα.

Αυτά και άλλα πειράματα με το παράξενο φως είναι ξαφνικά δυνατά λόγω των νέων υλικών που σκεδάζουν το φως, την πιο ευαίσθητη τεχνολογία ώστε να ανιχνεύσουν ποιο φως το κάνει, και επειδή οι ερευνητές της οπτικής έχουν δώσει περισσότερη προσοχή στο παράξενο φως μέσα στα περίεργα υλικά.