Overførsel af atommasse med en foton løser momentumparadokset af lys

I en nylig publikation, Forskere fra Aalto -universitetet viser, at hver foton i et gennemsigtigt medium ledsages af en bølge med atommasse. Fotonets optiske kraft sætter mediumatomerne i bevægelse og får dem til at bære 92% af den samlede momentum af lys, i tilfælde af silicium.

Den nye opdagelse løser det hundredeårige momentumparadoks af lys. I litteraturen, der har eksisteret to forskellige værdier for lysets momentum i det transparente medium. Typisk, disse værdier adskiller sig med en faktor ti, og denne uoverensstemmelse er kendt som lysets momentumparadoks. Forskellen mellem momentumværdierne skyldes, at man forsømmer momentum for atomer, der bevæger sig med lyspulsen.

For at løse momentumparadokset beviser forfatterne, at den særlige relativitetsteori kræver en ekstra atomtæthed for at rejse med foton. I relaterede klassiske computersimuleringer, de bruger optisk kraftfelt og Newtons anden lov til at vise, at en bølge med øget atommassetæthed formerer sig gennem mediet med lyspulsen.

Masseoverførslen fører til opdeling af lysets samlede momentum i to komponenter. Felternes andel af momentum er lig med Abrahams momentum, mens det samlede momentum, som også omfatter momentum af atomer drevet frem af den optiske kraft, er lig med Minkowski -momentum.

"Da vores arbejde er teoretisk og beregningsmæssigt, skal det stadig verificeres eksperimentelt, før det kan blive en standardmodel af lys i et gennemsigtigt medium. Det er ikke nok at måle den samlede momentum for en lyspuls, men man skal også måle den overførte atommasse. Dette bør være muligt ved hjælp af nuværende interferometriske og mikroskopiske teknikker og almindelige fotoniske materialer, "siger forsker Mikko Partanen.

Potentielle interstellare anvendelser af opdagelsen

Forskerne arbejder på potentielle optomekaniske applikationer muliggjort af den optiske chokbølge af atomer, der forudsiges af den nye teori. Imidlertid, teorien gælder ikke kun for transparente væsker og faste stoffer, men også for fortynding af interstellar gas. Ved hjælp af en simpel kinematisk betragtning kan det påvises, at energitabet forårsaget af masseoverførselseffekten bliver til fortyndet interstellar gas, der er proportional med fotonergien og den tilbagelagte afstand af lys.

"Dette beder om yderligere simuleringer med realistiske parametre for interstellar gastæthed, plasmas egenskaber og temperatur. I øjeblikket forklares Hubbles lov ved, at Doppler -skift er større fra fjerne stjerner. Dette understøtter effektivt hypotesen om at udvide universet. I massepolaritonens teori om lys er denne hypotese ikke nødvendig, da rødforskydning automatisk bliver proportional med afstanden fra stjernen til observatøren, "forklarer professor Jukka Tulkki.