„Pseudogravitace“: Vědci použili krystal, který ohýbá světlo jako malá černá díra

Fyzikové narušili typ materiálu známého jako fotonický krystal, aby odklonili dráhu světla podobně, jako by procházelo gravitačním polem, jak popisuje Einsteinova obecná teorie relativity.

Podle týmu vedeného inženýrem Kanji Nanjyo z Kjótského technologického institutu má tento výsledek význam pro řízení světla, zejména pokud jde o optiku a komunikační technologie.

„Rozhodli jsme se prozkoumat, zda narušení mřížky ve fotonických krystalech může vyvolat pseudogravitační efekty,“ vysvětluje profesor Kjóko Kitamura z Tohoku University.

„Podobně jako gravitace ohýbá trajektorii objektů, přišli jsme na způsob, jak ohýbat světlo v určitých materiálech.“

Teoreticky by dráhu světla měl ovlivňovat jakýkoli objekt s hmotností. Tento vliv můžeme pozorovat při pohledu do vesmíru, kdy obrovské objekty, jako jsou galaxie a kupy galaxií, zakřivují časoprostor tak výrazně, že se světlo, které jimi prochází, rozmazává a zkresluje.

Se zmenšující se velikostí objektů je slabost gravitace stále zřetelnější a její deformující účinky jsou stále hůře pozorovatelné.

Vědci se domnívali, že by mohli tento efekt napodobit v menším měřítku pomocí fotonových krystalů. Jedná se o vysoce uspořádané a opakující se nanostruktury, v nichž se periodicky mění index lomu světla, což vytváří duhový efekt, příkladem v přírodě jsou opály, paví peří a třpytivá křídla motýlů.

Tyto krystaly lze poměrně snadno uměle vytvořit uspořádáním dvou různých materiálů, které různě interagují se světlem. Vědci si již dříve všimli, že tyto krystaly by mohly sloužit jako analogie časoprostoru a jejich struktury představují dráhu známou jako geodetická dráha. Když světlo prochází jejich strukturou, může se jeho normálně přímá dráha vychýlit podobně, jako se světlo může ohýbat v prostoru, což se popisuje jako druh pseudogravitace.

Výzkumníci se pokusili vytvořit a manipulovat s pseudogravitací fotonických krystalů tím, že experimentálně deformovali své fotonické krystaly. Vytvořili křemíkové fotonické krystaly a deformací vzdáleností mezi uspořádanými prvky do nich vnesli deformaci.

Tím se změnil způsob interakce krystalu se světlem a vznikl zakřivený paprsek, jako při průchodu světla kolem malé černé díry.

Experimenty, při nichž procházeli paprskem skrz krystal a pozorovali, jak a kde se paprsek objevuje, potvrdily úsilí týmu. Podle týmu by to mohlo pomoci při studiu gravitace, jevu, kterému stále ještě plně nerozumíme, ale má to také význam pro vývoj technologií.

„Takové řízení paprsku v rovině v terahertzovém rozsahu by mohlo být využito v komunikaci 6G,“ říká fyzik Masayuki Fujita z Ósacké univerzity.

„Z akademického hlediska tato zjištění ukazují, že fotonické krystaly by mohly využívat gravitační efekty, což otevírá nové cesty v oblasti gravitonové fyziky.“

Autor: Lukáš Drahozal

Zdroj: journals.aps.org