کشف روشی تازه برای شکستن قانون سرعت نور

یکی از شناخته‌شده‌ترین قوانین فیزیک، ثابت بودن سرعت نور است. بیش‌ترین سرعت جهان متعلق به نور است. پژوهش‌های اخیر نشان می‌دهند که امکان وجود استثنا برای این قانون وجود دارد یعنی زمانی که چند موج نور با یک‌دیگر ترکیب شوند، یک موج کاملا ایستا به‌وجود می‌آید.

این کشف جدید می‌تواند بحث بر‌انگیز باشد. چرا که این اتفاق علاوه بر فوتون‌ها، می‌تواند برای هر‌گونه موج نوری قابل استفاده در تکنولوژی که قابلیت ذخیره‌ی اطلاعات را داشته باشد، بیفتد.  ایجاد تاخیر در سرعت نور زیاد هم سخت نیست. کافی است دسته‌ای از اتم‌ها را سر راه نور قرار دهیم تا فوتون‌ها مدتی را صرف گذر از میان جنگل ذرات کنند.

اگر ذرات سر راه فوتون‌ها را تا حدی سرد کنیم، ویژکی‌ها‌ی قبلی خود را از دست داده و حرکت نور هنگام عبور از این ذرات، آهسته‌تر یا حتی کاملا متوقف می‌شود. دانشمندان به‌تازگی نشان داده‌اند که مسیر عبور نور با تغییر تکانه‌ی زاویه‌ای آن، تغییر می‌کند به‌عبارت دیگر، مسیر را خم می‌کند. بنابر‌این، مدت زمان بیش‌تری طول می‌کشد تا نور از نقطه‌ی A به نقطه‌ی B برسد و سرعت آن کم‌تر از سرعت معمول ۲۹۹.۷۹۲.۴۵۸ اندازه گرفته می‌شود.

گروه کوچکی از فیزیک‌دان‌ها راه جدیدی برای کم کردن سرعت نور پیدا کرده‌اند. آنها، نشان دادند که از نظر تئوری این امکان وجود دارد که بتوان امواج نوری مختلف را آن‌قدر با یک‌دیگر ترکیب کرد تا در راه خود ساکن بشوند. 

این حیله‌ی ریاضی بر مبنای میزان‌سازی امواج به‌گونه‌ای که در یک نقطه‌ی استثنا به‌هم برسند، استوار است. این نقطه در واقع نقطه‌ی از نظر ریاضی مبهمی است که چگونگی منطبق شدن مشخصات امواج مختلف در یک دستگاه مشخص را توصیف می‌کند. تا چند وقت پیش، نقاط مبهم استاثنایی از نظر ریاضی بسیار کوچک بودند تا این‌که پژوهشگران از نظر تجربی نشان دادند که این نقاط می‌توانند با محبوس کردن امواج میکرو در یک چارچوب ایجاد شوند. زمانی که در مورد امواج صحبت می‌کنیم، در ذهن اکثرمان آشفتگی‌ها‌ی با طول و ارتفاع متفاوت نقش می‌بندد.

نور با مشخصاتی مانند طول موج و فرکانس توصیف می‌شود. اما ویژگی‌ها‌ی محاسباتی دیگری نیز برای آن وجود دارند که باعث شکل‌گیری الگو‌ها‌ی تکرار شونده‌ی فوتون‌ها در فضا می‌شود.

با محدود کردن مشخصه‌ها‌ی موج در یک موج‌بر می‌توان الگوی امواج را تغییر داد پس دو موج نور می‌توانند در یک فضا با هم ادغام شوند. این ادغام مشخصه‌ها که به عنوان نقطه‌ی استثنا شناخته می‌شود، باعث بروز رفتار‌ها‌ی جالبی می‌شود. پژوهشگران سال پیش از این نقاط برای پیشرفت سنسور‌ها‌ی حساس به کوچک‌ترین قطع یا شکستگی استفاده کردند. 

هم‌اکنون فیزیک‌دان‌ها با استفاده از مدل‌ها‌ی ریاضی نشان داده‌اند که امکان استفاده از یک موج‌بر برای متعادل کردن انرژی موج‌ها به‌منظور تولید یک نقطه‌ی نمایی که در آن نور ایستا باشد، وجود دارد. چیدمان موج‌بر به‌گونه‌ای قابل تغییر است که به‌وسیله‌ی آن می‌توان کاری کرد که امواج انرژی کسب کنند یا انرژی از دست بدهند، با یکدیگر ترکیب شوند یا متوقف شوند، سرعت آن‌ها زیاد شود یا مسیر خود را تغییر دهند.

ما باید درست فکر کنیم. نباید تصور کنیم که فوتون‌ها ساکن و منتظر عبور یک سیگنال می‌مانند. هیچ یک از قوانین بنیادی شکسته نشده است. با این‌که نور از یک محیط مادی عبور می‌کند و یا از مسیر مستقیم منحرف می‌شود، هنوز هم با سرعت نور حرکت می‌کند. فوتون‌ها‌ی تشکیل‌دهنده‌ی‌ی این امواج، بسته به بر‌هم‌کنششان در نقطه‌ی استثنا، در یک تصویری از یک موج الکترومغناطیس گیر افتاده‌اند.

این دستاورد فقط با محاسبات انجام شده است و دستگاهی برای متوقف کردن نور تا کنون ساخته نشده است. اما اگر اینگونه نباشد چه می‌شود؟ در این صورت راه دیگری برای دست‌کاری کردن نور خواهیم داشت. پژوهشگران معتقدند این روش برای متوقف کردن نور می‌تواند برای هر نوع موج دیگر مانند امواج صوتی نیز قابل استفاده باشد.

این پژوهش در Physical Review Letters منتشر شده است.