Нові експерименти Девіда Велда та його колег з Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі вперше підтвердили, що у оптичному резонаторі, якщо відстань між дзеркалами змінювати достатньо швидко, хвилі світла будуть скупчуватися у короткі, інтенсивні імпульси. При цьому вони виявили, що резонатор поводиться так, ніби імітує дивну фізику кривого простору-часу.
Імітація чорних і білих дір за допомогою вібруючих дзеркал
Оптичні резонатори — це пари дзеркал, що ловлять світло, і вони лежать в основі роботи лазерів, атомних годинників та багатьох видів точних датчиків. Сайт phys.org розповідаєпо дивовижний експеримент, який провели із ними американські вчені.
У звичайній порожнині світло відбивається туди-сюди між двома дзеркалами, що стоять одне навпроти одного. Оскільки вони можуть утримувати світло лише з довжинами хвиль, які ідеально відповідають їх відстані, порожнина зCfqn датна виділяти дуже стабільні частоти. Однак, якщо одне з дзеркал вібрує з частотою, що збігається з часом проходження світла між дзеркалами, одна з теорій припускає, що світло буде поступово стікати в одному напрямку, формуючи короткий, сконцентрований імпульс.
Математично, цей односторонній потік нагадує світло біля горизонту подій чорної діри або біля її чисто гіпотетичного аналога — «білої діри». Але щоб перевірити це на практиці, експеримент потребував би дзеркала, яке б багаторазово прискорювалося до значної частки швидкості світла за мільярдні частки секунди — що значно перевищує можливості сучасних технологій.
Заміна світла на атоми
Щоб обійти цю проблему, команда Велда замінила світло, заховане в порожнині, на атоми, які поводяться як хвилі при ультрахолодних температурах. Дослідники почали з охолодження газу атомів літію майже до абсолютного нуля, а потім тримали його в решітці лазерного світла. Подібно до світла, ця решітка змушувала ці «хвилі матерії» рухатися майже з постійною швидкістю, але зі швидкістю менш ніж 1 метр за секунду.
Атоми були обмежені за допомогою двох шарів лазерного світла, які діяли як невідчутні дзеркала, і один з них рухався туди-сюди приблизно 100 разів на секунду. Потім команда зробила зображення того, як атоми розподілялися з часом, і порівняла результати з теоретичними прогнозами.
Рух пакетів атомів по стабільним і нестабільним шляхам
Усього за кілька циклів рухома світлова пластина перетворила спочатку розсіяні хмари на компактний пакунок атомів, що слідував повторюваному шляху. Пакети, які починали з різних позицій, всі відхилялися від нестабільного шляху і сходилися на одному стабільному: на тій самій односторонній траєкторії, яку передбачали для віддзеркалення подій горизонтів чорних та білих дір.
Коли вони подвоїли частоту руху, дослідники отримали два концентровані пакети, кожен з яких рухався своїм шляхом. Раптово змінюючи час руху світлового шару, вони могли міняти місцями стабільні та нестабільні шляхи, змінюючи напрямок руху пакетів. Вони також помітили тонкі ефекти поза ідеально світлоподібною картиною, які пояснювали тим, що швидкість атомів була не зовсім такою постійною, як у світла.
Команда Велда тепер сподівається, що ефект може привести до нових способів стиснення та розтиснення оптичних сигналів, можливо, у твердих матеріалах, чиї оптичні властивості можна регулювати електрично, без потреби в рухомих дзеркалах взагалі. Ця установка також може допомогти фізикам дослідити інші фундаментальні передбачення, такі як те, як пари світлових частинок можна створити з порожнього простору між швидко рухомими дзеркалами.
