Любой студент физики знает, что свет путешествует в прямой линии. Но теперь исследователи показали, что свет может также путешествовать в кривой без любого внешнего влияния. Результат является фактически оптическим обманом, несмотря на то, что исследователи говорят, что он мог иметь практические применения, такие как перемещение объектов со светом издалека.Это известно тот свет изгибы.
Когда световые лучи проходят от воздуха в воду, например, они принимают крутой оборот; вот почему палка, которую опускают в водоем, кажется, наклоняется к поверхности. В космосе, световые лучи, проходящие около очень крупных объектов, таких как звезды, как замечается, путешествуют в кривых. В каждом случае изгиб света имеет внешнюю причину: Для воды это – изменение в оптической собственности, названной показателем преломления, и для звезд, это – деформирующаяся природа силы тяжести.Для света для изгиба отдельно, однако, неслыханно — почти.
В конце 1970-х, физики Майкл Берри в Бристольском университете в Соединенном Королевстве и Nandor Balazs государственного университета Нью-Йорка, Каменного Ручья, обнаружили, что так называемая форма волны Эйри, волна, описывающая, как квантовые частицы перемещаются, может иногда сгибаться небольшим количеством. Та работа была в основном проигнорирована до 2007, когда Demetri Christodoulides и другие физики в университете Центральной Флориды в Орландо генерировали оптические версии волн Эйри путем управления лазерным светом и нашли, что проистекающий луч изогнулся немного, поскольку это пересекло датчик.Как этот самоизгиб работал? Свет является беспорядком волн, и их пики и углубления могут вмешаться друг с другом.
Например, пик, миновавший углубление, уравновешивает друг друга для создания темноты; пик, передающий другой пик «, вмешивается конструктивно» для создания яркого пятна. Теперь, вообразите свет испускаемым от широкой полосы — возможно, флуоресцентная труба или, лучше, лазер, вывод которого был расширен. Путем тщательного управления начальным положением пиков волны — фазой волн — на каждом шаге вдоль полосы, возможно сделать свет, путешествующий направленный наружу, вмешиваются конструктивно в только точках на кривой и еще уравновешиваются везде. Воздушная функция, содержащая быстродействующие но убывающие колебания, доказала простой способ определить те начальные фазы — за исключением того, что проистекающий свет согнется только приблизительно до 8 °.
Теперь физики Мордехай Сегев и коллеги в Технионе, Технологическом институте Израиля, в Хайфе говорят, что у них есть рецепт для того, чтобы сделать легкий самоизгиб через любой угол, даже через полный круг. Проблема с функцией Эйри, говорит Сегев, то, что форма ее колебаний определяет правильные фазы только под маленькими углами; под углами, намного больше, чем 8 °, форма становится сырым приближением. Так его группа, превращенная к уравнениям Максвелла, 150-летнему квартету математических формул, описывающих распространение электромагнитных волн, таких как свет.
После трудоемкой математики и догадок, исследователи нашли растворы уравнений Максвелла, точно описывающих начальные фазы, требуемые для того, чтобы действительно самосогнуть свет, как они сообщают на этой неделе в Physical Review Letters.«Воздушная функция является раствором к приблизительному случаю», говорит Сегев. «Если Вы хотите [согнуться] для движения в большие углы, [раствор] должен иметь надлежащую форму. Люди думали, что не было никакой надлежащей формы, что раствор будет всегда разваливаться — но мы показали, что это неправильно».Работа группы Сегева, возможно, осталась теоретической, но по совпадению, группа во главе с Джоном Дадли в университете Franche-графа в Безансоне, Франция, выполняла свои собственные эксперименты на самосгибающемся свету.
Путем изменения существующей функции Эйри группе Дадли удалось найти значения начальной фазы, соответствующие раствору израильской группы, даже при том, что они не знали о нем. Используя устройство, названное пространственным легким модулятором, чтобы предварительно приспособить фазу расширенного луча лазерного света, французская группа нашла, что проистекающий свет, самосогнутый максимум на 60 °, поскольку это сообщит позже в этом месяце в Письмах об Оптике.Самоизгиб света мог поместить опрятный поворот на оптический пинцет. Эти устройства, разработанные в 1980-х, используют силу, созданную интенсивным лазерным светом для удерживания микроскопических объектов в воздушном пространстве.
Сегев полагает, что путем замены лазерных лучей самосгибающимся светом, исследователи могли вызвать заманенные в ловушку объекты путешествовать вдоль сложных путей, не касаясь их. При этом кривой свет мог выборочно отодвинуть клетки от биологического образца — благо для биоинженеров.Физик Павел Полынкин в Аризонском университете в Тусоне предлагает другое применение: – горение кривого отверстия через материал, который был бы невозможен с обычным лазером. Но несмотря на такие заявления, он указывает, что сам свет фактически не изгибается, это только, кажется, из-за пути, которым выстраиваются в линию яркие пятна вмешательства.
Фактически, он говорит, большая часть энергии света идет не к яркой кривой, а в уравновешенные тусклые области. «Я не оспариваю научное значение бумаги», добавляет он. «Это сообщает о существенном вкладе. … [Но] никакие фундаментальные законы о физике ломались до сих пор — и это – хорошая вещь, по моему мнению».