فیزیکدانان برای اولین بار توانستند رفتار نور را در «زمان مجازی» مشاهده نمایند

برای اولین بار، محققان به شناسایی رفتار نور در پدیده‌ای جالب و پیچیده تحت عنوان «زمان موهومی» دست یافتند. زمانی که نور از درون یک ماده شفاف عبور می‌کند، میدان‌های الکترومغناطیسی پیچیده‌ای که ساختار اتمی آن ماده را تشکیل می‌دهند، زمان قابل توجهی را به مسیر حرکت هر فوتون اضافه می‌کنند.

به گزارش ایتنا و به نقل از Sciencealert، این تأخیر می‌تواند اطلاعات بسیار ارزشمندی درباره چگونگی انتشار نور و ساختار ماده در اختیار فیزیکدانان قرار دهد. با این حال، مفهوم «زمان موهومی» که به عنوان یک ابزار نظری برای اندازه‌گیری مسیر نور شناخته می‌شود، تا کنون به طور کامل در عمل درک نشده بود. ایزابلا جیووانلی و استیون آنلاژ، دو فیزیکدان از دانشگاه مریلند، از طریق آزمایشی توانستند رفتار پالس‌های امواج مایکروویو (نوعی نور در خارج از طیف مرئی) را در شرایط «زمان موهومی» در یک حلقه کابل نشان دهند.

این تحقیق همچنین به نمایش می‌گذارد که اعداد موهومی، که در ریاضیات برای حل معادلات پدیده‌های فیزیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند، چگونه می‌توانند یک فرآیند واقعی و قابل اندازه‌گیری را توصیف نمایند. اعداد موهومی، به عنوان ابزاری انتزاعی در ریاضیات، معادلات پیچیده را ساده‌تر می‌کنند، اما در تجربیات روزمره ما به طور مستقیم معنایی ندارند. در مورد پالس‌های نوری که از میان ماده عبور می‌کنند، این اعداد در حل مسائل تأخیر در انتقال کمک کرده‌اند، اما بررسی سیستماتیک رفتار دقیق آن‌ها تا کنون انجام نشده بود.

 

از حیث تکنیکی، فوتون‌های منفرد نور همواره با سرعتی ثابت حرکت می‌کنند، اما برقراری تعامل با میدان‌های الکترومغناطیسی اطراف می‌تواند سفر کلی یا موج را به طرز پیچیده‌ای مختل یا تسریع کند. این بدین معناست که پالس نور می‌تواند رفتار غیرمعمولی از خود نشان دهد و از فوتون‌های سازنده‌اش سریع‌تر حرکت کند.

این آزمایش شامل دو کابل هم‌محور بود که به شکلی حلقه‌ای به هم متصل شده بودند و مسیری ساده و قابل درک برای عبور پالس‌های مایکروویو فراهم می‌نمودند. آن‌ها از اسیلوسکوپ‌های پیشرفته‌ای استفاده کردند که قادر به شناسایی تغییرات بسیار جزئی در فرکانس بودند. با تنظیم دقیق پالس‌ها و اندازه‌گیری اثرات حاصل، جیووانلی و آنلاژ توانستند تغییرات الگوی موج‌ها در هر پالس را با مقادیر واقعی و موهومی معادلات خود تحلیل کنند.

آنلاژ در گفت‌وگو با New Scientist بیان کرد: «این مشابه یک درجه آزادی پنهانی است که پیش‌تر نادیده گرفته شده بود. به نظر من، کاری که ما انجام دادیم این بود که آن را نمایان کردیم و معنا و مفهوم فیزیکی به آن بخشیدیم.» اعداد موهومی، رؤیای عجیب مایکروویو را توصیف نمی‌کردند، بلکه نشان‌دهنده تغییر کوچکی در فرکانس موج حامل بودند که هنگام عبور از ماده به دلیل نحوه جذب پالس ظاهر می‌شد.

در گذشته، این مقدار چندان مورد توجه قرار نمی‌گرفت، اما اکنون می‌توان آن را به فرآیندهای فیزیکی پیوند داد که اجازه می‌دهد پالس‌های نور سریع‌تر از خود فوتون‌ها حرکت نمایند. این کشف می‌تواند درک ما از رفتار نور و انتقال آن در مواد را به طرز چشمگیری بهبود بخشد.