С какой скоростью движутся фотоны в вакууме

Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics
Lomonosov Moscow State University

Ученые выяснили, что скорость света в вакууме является далеко не постоянной величиной

Известно, что свет не всегда движется со скоростью света, его скорость падает при движении в воде, стекле и в других прозрачных материалах. Но новые эксперименты, проведенные учеными из университета Рочестера (University of Rochester) и университета Глазго (University of Glasgow), демонстрируют то, что фокусировка лучей или вмешательство в структуру импульсов света позволяет уменьшить скорость распространения света даже в условиях вакуума.

Скорость света в вакууме, обозначаемая литерой «c», является одной из самых главных физических констант, на которой базируется большая часть современной физики, включая и теорию относительности Эйнштейна. В прошлое время множество усилий было направлено на измерение точного значения скорости света, но сейчас достоверно известно, что скорость света в вакууме равна 299 792 458 метров в секунду. И даже длина нынешнего эталона расстояния, метра, была определена с использованием значения скорости света.

Но новые экспериментальные данные указывают на то, что скорость света в вакууме не может считаться константой. Значение константы «c» после этого можно рассматривать только в качестве верхнего предела скорости распространения света.

Группа исследователей, возглавляемая Майлзом Пэдджеттом (Miles Padgett), ученым в области оптической физики из университета Глазго, продемонстрировала эффект замедления скорости света на примере двух фотонов, которые были идентичны друг другу, за исключением их структуры. Хотя этот эффект практически не заметен в повседневной жизни и не имеет существенного влияния на множество технологий, его наличие выдвигает на первый план ранее неизвестные фундаментальные тонкости поведения света.

Демонстрация эффекта замедления скорости света была проведена при помощи оптического устройства, синхронно излучающего пары фотонов. Один из фотонов был направлен в оптическое волокно, а второй пропускался через несколько оптических устройств, которые производили изменения его волновой структуры. Оптическое волокно выполняло роль линии задержки для первого фотона, а его длина была такой, что вышедший из него фотон снова двигался рядом с фотоном, претерпевшим структурные изменения.

Если бы волновая структура фотона не влияла бы на скорость его движения в вакууме, то оба фотона поразили поверхность специального быстродействующего светочувствительного датчика в один и тот же момент времени. Но, проведенные измерения показали, что фотон света, претерпевший структурные изменения, отстал от оригинального фотона на несколько микрометров на одном метре дистанции.

«Я не удивлен тем, что данный эффект существует» — рассказывает Роберт Бойд (Robert Boyd), ученый-физик из университета Рочестера, — «Удивительно то, что этот эффект является настолько сильным и его никто не заметил до этого времени».

«Полученные нами результаты не затронут областей науки и техники, в которых используется постоянный свет от лазеров или других источников» — рассказывает Майлз Пэдджетт, — «Но вот физики, которые в своей работе используют сверхкороткие импульсы, будут вынуждены учитывать вероятность изменения скорости света в своих исследованиях».

• Post type: Science News

С какой скоростью движутся фотоны в вакууме?

Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь для публикации ответа на этот вопрос.

решение вопроса

Похожие вопросы

Обучайтесь и развивайтесь всесторонне вместе с нами, делитесь знаниями и накопленным опытом, расширяйте границы знаний и ваших умений.

• Все категории
• экономические 43,679
• гуманитарные 33,657
• юридические 17,917
• школьный раздел 612,703
• разное 16,911

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.

Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.

• Обратная связь
• Правила сайта

phys ħ

26.01.2015 Артём
Коржиманов квантовый мир

Пару дней назад научно-популярные СМИ облетела новость, будто бы учёные обнаружили, что фотоны в вакууме могут распространяться со скоростью ниже скорости света. Для этого достаточно пропустить их через особую маску. Это сообщение вызвало у меня определённый скепсис, который я отразил кавычками в названии этого поста, и желание разобраться, что же там произошло на самом деле. Естественно, первым делом я решил проверить, не закралась ли ошибка при переводе. Такое время от времени случается в рунете. Дело в том, что работой с англоязычными источниками у нас занимаются единицы, остальные просто делают рерайт с уже переведённых новостей. Были случаи, когда, например, Лента.ру допускала при переводе ошибку, и она тиражировалась в десяток других СМИ. Поэтому я разыскал изначальный пресс-релиз, и прочитав его, понял, что ошибки при переводе не было. Действительно, утверждается, что были получены фотоны, скорость которых в вакууме ниже скорости света:

Co-lead author Jacquiline Romero said: «…This finding shows unambiguously that the propagation of light can be slowed below the commonly accepted figure of 299,792,458 metres per second, even when travelling in … vacuum.»

Следующий шаг заключался в том, чтобы проверить, нет ли ошибки в пресс-релизе. Журналисты даже в весьма серьёзных изданиях не гнушаются для красного словца приукрасить результаты. Даже сами учёные в своих комментариях для пресс-релиза иногда пользуются не очень удачной аналогией или гиперболой, не замечая, что она искажает суть их работы. В общем, я заглянул в саму научную статью, опубликованную в более чем авторитетном журнале Science. К своему удивлению, там я увидел то же самое утверждение, причём вынесенное прямо в название:

Spatially structured photons that travel in free space slower than the speed of light

Это означало, что надо разбираться в работе по сути. Итак, авторы берут источник света, делят его излучение на два луча, один из которых пускают по линии задержки, не искажая его профиля, а второй пропускают через специальную маску — линзу определённой формы. Длину линии задержки подбирают таким образом, чтобы фотоны и там, и там достигали выхода в один и тот же момент времени. После этого регистратор отодвигают на некоторое расстояние и смотрят, через какое время приходят два фотона. Если их скорости одинаковы, они должны прийти в один и тот же момент времени, если нет — то с некоторой разницей. Оказалось, что фотон, прошедший по первому пути, приходит заметно раньше, при этом его измеренная скорость оказалась равной скорости света, что и ожидаемо. Но это означает, что у фотона, прошедшего вторым путём, скорость меньше скорости света. Вроде всё сходится, и новости совершенно верно отражают результат проведённого эксперимента. Но дьявол, как известно, кроется в деталях. Давайте посмотрим, что собой представляет использованная маска. Исследователи изучали два вида маски. Первая придавала пучку огибающую в виде функции Гаусса, а вторая — в виде функции Бесселя. Дальнейшие рассуждения удобнее проводить на примере бесселевого пучка, поскольку, фактически, это случай конической фокусировки, для которого линза выглядит как-то так: Если взглянуть на эту картинку получше, то можно понять, что линза, фактически, разбивает падающую волну на две волны равной амплитуды, бегущих под углом к первоначальному направлению распространения. Если вспомнить, что фотон это не просто частица, но и волновой объект (корпускулярно-волновой дуализм, однако), то ясно, что и он в такой линзе «разбивается» на два «субфотона», бегущих под углом к первоначальному направлению распространения. Если говорить по-научному, то фотон помещается в суперпозицию двух состояний с различными импульсами. При этом в среднем фотон продолжает лететь, куда летел, и в эксперименте как раз и измеряется скорость этого усреднённого движения. Каждый из «субфотонов», однако, летит всё с той же скоростью света, и измеряемая усреднённая скорость — это просто проекция их скорости на первоначальное направление распространения. Для гауссова пучка рассуждения аналогичны, за тем исключением, что фотон в нём помещается в суперпозицию не двух, а бесконечного числа состояний с разными импульсами. Конечно, эти «субфотоны» не более чем воображаемые объекты, которые я ввёл для наглядности. Реален лишь фотон, находящийся в суперпозиции двух состояний. Поэтому интерпретация результата, данная в работе, имеет право на существование. Но если бы фоторегистратор отнесли подальше, то на нём после пролёта большого количества фотонов экспериментаторы увидели бы два разнесённых пятна, и тогда неоднозначность их интерпретации стала бы более очевидной. Чтобы подчеркнуть только что сказанное, приведу ещё один пример. Если мы пустим фотон на полупрозрачную пластинку с коэффициентом пропускания 50%, то будем регистрировать его то с одной стороны от пластинки, то с другой. Его средняя скорость, таким образом, будет равна нулю. Но это и так очевидно, никакого сверхрезультата здесь нет. Резюмируя. В эксперименте, действительно, была измерена скорость фотона ниже скорости света. Но следует иметь в виду, что это довольно специфическая скорость. Результат, однако, важен для некоторых приложений, и поэтому имел право на публикацию. P.S. В некотором смысле обратный эффект, кстати, был использован в недавней статье про «самоускоряющиеся» электроны. Поскольку электроны тоже демонстрируют волновые свойства, то можно поместить их в такую суперпозицию состояний, что для большинства электронов время их прихода к детектору будет относительно велико, но небольшая фракция частиц придёт на детектор очень быстро, продемонстрировав тем самым как бы увеличение скорости. Статья изначально была опубликована на сайте GeekTimes.

Читайте также

Физики подтвердили существование «неклассических» траекторий в эксперименте с тремя щелями

18.01.2017

Квантовые эффекты улучшили разрешение изображения живой клетки

5.02.2014

Измерено производство энтропии в системе ядерных спинов

11.11.2015

• 1482

phys ħ

Здесь много физики и космоса и немного личного мнения автора

whoa there, pardner!

Your request has been blocked due to a network policy.

Try logging in or creating an account here to get back to browsing.

If you’re running a script or application, please register or sign in with your developer credentials here. Additionally make sure your User-Agent is not empty and is something unique and descriptive and try again. if you’re supplying an alternate User-Agent string, try changing back to default as that can sometimes result in a block.

You can read Reddit’s Terms of Service here.

if you think that we’ve incorrectly blocked you or you would like to discuss easier ways to get the data you want, please file a ticket here.

when contacting us, please include your ip address which is: 178.175.141.250 and reddit account