автор: Дэмиен Пайн
Исследователи впервые измерили сингулярности в сочетании световых и звуковых волн, движущихся быстрее скорости света. Полученные результаты имеют значение для гидродинамики, оптики и многих других областей.
(Изображение предоставлено Технионом — Израильским технологическим институтом)
Исследователи впервые обнаружили пустые пространства, движущиеся быстрее, чем скорость света, и преодолели этот космический предел скорости, не нарушив законов теории относительности. Недавнее исследование показало, как ускоряются пустоты. Исследователи использовали последние достижения в области сверхбыстрой электронной микроскопии, чтобы измерить пустоты в фононных поляритонах, распространяющихся внутри тонкой пластины нитрида бора. Фонон-поляритоны — это квазичастицы, состоящие из фотонов (квантов света), связанных с крошечными колебаниями. Они действуют как сочетание световых и звуковых волн.
Волны часто изображают в виде одной волнистой линии, но во многих случаях лучше представить их в виде озера. В озерах полно волн и ряби, которые накладываются друг на друга. Если волны сталкиваются в момент максимального подъема, они сливаются в еще более высокую волну. Но если они сталкиваются в момент максимального спада, то образуют впадины более глубокие, чем были бы сами по себе. Иногда волны гасят друг друга, создавая точки, в которых амплитуда волн падает до нуля. В озере это привело бы к образованию временного водоворота (вихря), который вращается вокруг этой точки, также называемой сингулярностью. Такие сингулярности встречаются в природе и математике, и с 1970-х годов считается, что в некоторых случаях они движутся быстрее скорости света, согласно недавнему заявлению Техниона — Израильского технологического института.
Преодолевая ограничения
Специальная теория относительности Эйнштейна утверждает, что скорость света в вакууме — 299 792 458 метров в секунду, или около 186 000 миль в секунду, — является максимальной скоростью, с которой информация, материя и энергия могут перемещаться в пространстве. Так как же сингулярности движутся быстрее скорости света? Поскольку сингулярности — это пустые точки небытия, они не содержат ни информации, ни материи, ни энергии. Это крошечные пустоты, поэтому им не нужно соблюдать ограничение по космической скорости.
Эти пустоты не просто превышают скорость света — они проносятся мимо него. Когда две сингулярности сталкиваются, они могут экспоненциально ускоряться по направлению друг к другу, пока их скорости не приблизятся к бесконечности, после чего они нейтрализуют друг друга. Однако чем быстрее они движутся, тем сложнее их наблюдать. Недавнее исследование, опубликованное 25 марта в журнале Nature, демонстрирует, как именно это делают ученые.
«Наше открытие раскрывает универсальные законы природы, общие для всех типов волн, от звуковых волн и потоков жидкости до сложных систем, таких как сверхпроводники», — говорится в заявлении Идо Каминера, профессора электротехники и вычислительной техники в Технионе — Израильском технологическом институте и члена исследовательской группы.
Результаты исследования применимы не только к крошечным водоворотам: нулевые точки ведут себя достаточно похоже на частицы, и ученые могут изучать их, чтобы лучше понять взаимодействие частиц. Для этого исследователям нужно понять, в какой момент сравнение перестает быть корректным. Новое исследование показывает, что потребность пустот в скорости — это точка, в которой сингулярности перестают вести себя как частицы, поскольку частицы подчиняются ограничению космической скорости, которое пустоты игнорируют. Кроме того, новые методы, разработанные командой для наблюдения за очень маленькими и быстро движущимися объектами, могут пролить свет на некоторые ранее неизученные области в различных научных дисциплинах.
«Мы верим, что эти инновационные методы микроскопии позволят изучать скрытые процессы в физике, химии и биологии и впервые прольют свет на то, как ведет себя природа в самые быстрые и неуловимые моменты», — добавил Каминер.
Источники статьи
Бухер Т., Горлах А., Нидермайр А., Ян К., Нахари Х., Ван К., Руими Р., Адив Ю., Яннай М., Абуди Т. Л., Янцен Э., Спагеле К., Рокес-Кармес К., Эдгар Дж. Х., Коппенс Ф. Х. Л., Ванакор Г. М., Шейнфакс Х. Х., Цесс С. и Каминер И. (2026). Сверхсветовые корреляции в ансамблях оптических фазовых сингулярностей. Nature, 651(8107), 920–926. https://doi.org/10.1038/s41586-026-10209-z
СВЯЗАННЫЕ ИСТОРИИ
- Новая поправка к теории относительности Эйнштейна может изменить наше представление о Большом взрыве
- По словам ведущего ученого, сингулярность искусственного интеллекта может наступить в 2027 году, и искусственный «сверхразум» появится раньше, чем мы думаем
- Может ли Вселенная схлопнуться в сингулярность? Новое исследование объясняет, как это может произойти.