Физикам уже удалось продемонстрировать ускорение световых лучей на плоских поверхностях, когда ускорение приводило к тому, что лучи следовали изогнутым траекториям. Однако новый эксперимент расширил границы того, что можно показать в лаборатории. Впервые физики продемонстрировали ускорение светового луча в искривленном пространстве. Вместо того чтобы двигаться по геодезической траектории (кратчайший путь на изогнутой поверхности), луч отклонялся от траектории из-за ускорения.
Исследование, опубликованное в журнале Physical Review X, «открывает двери в новую область исследований ускоряемых лучей. До сих пор ускорение лучей изучалось лишь в среде с плоской геометрией, вроде плоского свободного пространства или в волноводах. В настоящей работе оптические лучи следовали изогнутым траекториям в искривленной среде», говорит Анатолий Пацик, физик Израильского технологического института.
Успешный эксперимент, проведенный физиками Израильского технологического института, Гарвардского университета и Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра, увеличит исследовательский потенциал дальнейших лабораторных исследований явлений вроде гравитационного линзирования. Проводя такие эксперименты в лаборатории, ученые смогут изучать явления, предсказанные общей теорией относительности Эйнштейна, в тщательно контролируемых условиях.
Сперва ученые ускорили лазерный пучок, отражая его от пространственного светового модулятора, предназначенного для модуляции амплитуды, фазы или поляризации световых волн. Отскок луча от этого устройства отпечатывает определенный фронт волны на луче, который ускоряется, сохраняя свою форму. Затем ученые направили ускоренный лазер на внутреннюю часть лампы накаливания, окрашенной таким образом, чтобы свет рассеялся и стал виден исследователям.
Ученые наблюдали, что двигаясь внутри лампы, луч отклонял траекторию от геодезической линии. Сравнивая это движение с лучом, который не ускорялся, они обнаружили, что когда ускорения нет, луч будет следовать по линии.
Это исследование может стать отправной точкой для будущих исследований явлений, которые подпадают под общую теорию относительности Эйнштейна. Пацик заявил, что «уравнения общей теории относительности Эйнштейна определяют, среди прочего, эволюцию электромагнитных волн в искривленном пространстве. Оказывается, эволюция электромагнитных волн в искривленном пространстве по уравнениям Эйнштейна эквивалентна распространению электромагнитных волн в материальной среде, описываемой электрической и магнитной восприимчивостью, которые могут меняться в пространстве».
Этот эксперимент должен дать толчок развитию исследований на тему гравитационного линзирования и колец Эйнштейна, гравитационного синего или красного смещения и многого другого. В дальнейшем ученые планируют изучить, могут ли плазменные лучи (у которых вместо света колеблется плазма) также ускорятся в искривленном пространстве.
