Una teoria vecchia di 350 anni rivela una relazione “profonda” tra le proprietà della luce

Nato in Olanda Cristiano Huygens È forse uno dei fisici più famosi di cui non hai mai sentito parlare. Il suo lavoro alla fine del XVII secolo includeva i regni tangibili e intangibili del nostro universo: la natura della luce e la meccanica dei corpi in movimento.

Tra i suoi numerosi contributi, Huygens propose una teoria ondulatoria della luce che darebbe origine a… Ottica fisica, che si occupa di interferenza, diffrazione e polarizzazione della luce. Ha inventato anche il primo pendolo; Il dispositivo di cronometraggio più preciso esisteva quasi 300 anni fa, durante la Rivoluzione Industriale.

Sono stati fatti pochi collegamenti tra questi due campi apparentemente disparati dell’ottica e dell’ottica Meccanica classica – Finora.

Una coppia di fisici dello Stevens Institute of Technology nel New Jersey hanno rivisitato il lavoro fondamentale di Huygens sul pendolo, pubblicato nel 1673, e hanno utilizzato la sua teoria meccanica vecchia di 350 anni per rivelare alcune nuove connessioni tra alcuni degli elementi più strani e fondamentali . , proprietà della luce.

“Con questo primo studio abbiamo chiaramente dimostrato che applicando concetti meccanicistici è possibile comprendere i sistemi ottici in un modo completamente nuovo”. Lui dice Il fisico Xiaofengqian.

Qian e il suo collega dello Stevens Institute Misagh Izadi hanno considerato due proprietà della luce nei loro calcoli: la polarizzazione e una forma di correlazione nota come entanglement classico, o non quantistico.

Queste due caratteristiche riflettono lo strano Dualità della luce Ciò permea ogni tasca del nostro universo. In senso quantistico, la luce, come tutte le forme di materia, può essere descritta come onde che si increspano nello spazio, ma si tratta anche di particelle discrete situate in un singolo punto.

Tuttavia, questo non è solo un fenomeno quantistico. Nel mondo classico degli ingranaggi, delle molle e del ticchettio degli orologi, le onde luminose si alzano e cadono come increspature fisiche su un oceano immateriale, con proprietà associate al loro progresso in continua evoluzione attraverso lo spazio.

“Sappiamo da più di un secolo che la luce a volte si comporta come un’onda, a volte come una particella, ma conciliare questi due sistemi si è rivelato estremamente difficile”. Ha detto Qian.

“Il nostro lavoro non risolve questo problema, ma mostra che esistono connessioni profonde tra i concetti di onda e particella non solo a livello quantistico, ma a livello delle onde luminose classiche e dei sistemi puntiformi”.

L’entanglement, più comunemente, è un fenomeno quantistico e descrive semplicemente le correlazioni nelle proprietà degli oggetti.

Per le particelle, questo potrebbe essere lo spin degli elettroni, la quantità di moto o la posizione di una coppia di fotoni. Sapere qualcosa su una di queste proprietà di una particella ti dice qualcosa sulla stessa proprietà dell’altra.

L’entanglement classico descrive anche alcune correlazioni, senza dover considerare la natura instabile di un oggetto prima di misurarlo.

polarizzazione È la proprietà direzionale di un’onda luminosa che oscilla su e giù, o sinistra e destra. Anche le particelle come i fotoni, i pacchetti di energia che compongono un raggio luminoso, possono essere polarizzate.

Se un’onda luminosa oscilla, lo stesso vale per un pendolo, Qian e Izadi pensavano di poter utilizzare la meccanica di quest’ultima per descrivere le proprietà della prima.

“Fondamentalmente, abbiamo trovato un modo per tradurre il sistema ottico in modo da poterlo visualizzare come un sistema meccanico e quindi descriverlo utilizzando equazioni fisiche consolidate”, ha detto Qian. Lui spiega.

Tipicamente, la meccanica classica viene utilizzata per descrivere il movimento di grandi oggetti fisici come pendoli e pianeti. Ad esempio, Huygens Teoria degli assi paralleli Descrive la relazione tra le masse e la loro quantità di moto.

Qian e Izadi concepirono la luce come un sistema meccanico al quale poteva essere applicato il teorema dell’asse parallelo di Huygens, e trovarono una relazione “profonda”: il grado di polarizzazione di un’onda luminosa era direttamente correlato al grado di una proprietà recentemente riconosciuta chiamata intreccio dello spazio vettoriale.

I calcoli di Qian e Izadi indicano che quando uno sale, l’altro scende, consentendo di dedurre direttamente il livello di entanglement dal livello di polarizzazione e viceversa.

“In definitiva, questa ricerca aiuta a semplificare il modo in cui comprendiamo il mondo, permettendoci di riconoscere connessioni fondamentali tra leggi fisiche apparentemente non correlate”, ha detto Qian. Lui dice.

Lo studio è stato pubblicato in Ricerca sulla revisione fisica.