Ученые открыли необычное поведение света в искривленном пространстве

Можно ли заставить свет вести себя вопреки здравому смыслу — и использовать это, чтобы приблизиться к разгадке тайны квантовой гравитации? Физики считают, что да, если правильно настроить угол, под которым мы на него смотрим.

Точная настройка угла измерения поляризации позволяет усиливать слабые гравитационные сигналы, превращая свет в инструмент для поиска квантовой гравитации

Источник: Unsplash

Результаты исследования, проведенного учеными из Флоридского Атлантического университета, Сеульского университета и Сеульского национального университета, были опубликованы в журнале Scientific Reports. Ученые обнаружили, что свет, проходя через искривленное пространство, может демонстрировать поведение, которое ранее не считалось возможным — он становится «невзаимным».

Невзаимность означает, что свет, двигаясь в одном направлении, ведет себя не так, как при движении в обратном. Это нарушает привычное представление, согласно которому он возвращается в прежнее состояние после замкнутого пути. Ключ к эффекту — в угле, под которым измеряется поляризация, то есть направление колебаний волны света.

Наземная станция-спутник (A) и наблюдатели на орбите в экваториальной плоскости вращающейся черной дыры (B). Как показано на (CE), волновые векторы фотонов выровнены с локальной третьей осью, e φ , т.е. преобразованы в стандартную систему отсчета. Для случаев Земля-спутник-на-полярных-орбитах и ​​наблюдателей в экваториальной плоскости черной дыры M87*, WRA построены как на (F) и (G) соответственно

Источник: Scientific Reports

При точной настройке оси квантования, угол, по которому работает поляризатор, команда смогла усилить поворот поляризации — так называемый угол Вигнера — в 10 раз сильнее, чем это делает одна лишь гравитация. Даже вблизи черной дыры гравитационный эффект не проявлялся бы столь ярко.

Это открытие не просто расширяет понимание света — оно предлагает новый способ исследования фундаментальных законов природы. Ученые считают, что взаимодействие между квантовыми свойствами света, такими как спин и поляризация, и гравитационными полями может оказаться ключом к объединению квантовой теории и общей теории относительности.

Чтобы проверить предсказания, исследователи предлагают создать космический интерферометр — устройство из нескольких спутников с точно ориентированными поляризаторами. Также рассматриваются лабораторные тесты с зеркалами и источниками света.

Свет способен вести себя по-разному в зависимости от направления, что может указывать на новые эффекты взаимодействия между квантовой механикой и гравитацией

Источник: Unsplash

Кроме того, ученые предлагают комбинировать два известных инструмента — установки Хонга-Оу-Манделя и Маха-Цендера, которые позволят с высокой точностью отделить квантовые эффекты от шумов и классических ожиданий. Это даст возможность выявить даже малейшие отклонения, которые могли бы указывать на новую физику — например, нарушения принципа эквивалентности, лежащего в основе теории Эйнштейна.

Даже если все предсказания подтвердятся лишь частично, новые эксперименты откроют дорогу к точным методам анализа гравитации на квантовом уровне. Свет, управляемый с такой тонкостью, становится не просто объектом наблюдения, а полноценным исследовательским инструментом для космоса и лабораторий.

Когда дело касается скорости и света, физика начинает играть по неожиданным правилам. Один из таких редких визуальных эффектов, предсказанный еще в XX веке, наконец был зафиксирован на практике — об этом вы можете узнать в этой статье.