Forestil dig en metalstang, der er blevet opvarmet i den ene ende. I stedet for at varmen gradvist spredes over hele dens længde, baren bliver til sidst varm igen på det sted, hvor den oprindeligt var. Det faktum, at, paradoksalt nok, et komplekst system vender tilbage til sin oprindelige tilstand i stedet for at udvikle sig mod ligevægt har tiltrukket fysikeres opmærksomhed i mere end 60 år. Takket være en række fremskridt inden for optiske fibre, meget rigere og mere komplet end før, vores fransk-italienske team af forskere har netop taget et afgørende skridt for bedre at forstå dette fænomen.
Vores publikation, der beskriver hans fremskridt, blev vist på forsiden af Natur fotonik . Disse er ikke kun topresultater inden for grundlæggende fysik, men også af primær interesse for den brede offentlighed-den pågældende proces er kernen i fænomener som dannelse af uhyggelige havbølger eller design af optiske ure med høj præcision.
Manhattan -projektet ved paradoksets oprindelse
Paradokset blev først opdaget i 1954 af førende forskere, hvoraf nogle var involveret i Manhattan -projektet, som ville forsyne USA med atombomben. De var Stanislaw Ulam, John Pasta, og Mary Tsingou, og Enrico Fermi, vinder af Nobelprisen i fysik i 1938. Fermi har ideen om at bruge en af de første computere nogensinde til at udforske nye komplekse fysiske fænomener, hvis opløsning ikke var mulig ved beregning. Dette markerer begyndelsen på en revolution - numeriske simuleringer - der er blevet afgørende inden for alle fysikområder.
Men for Fermi og hans kolleger, resultaterne af den første computertest afslørede en helt uventet adfærd:Systemet, de studerede, vendte tilbage til sin oprindelige tilstand.
Lysspredning i en optisk fiber.
Siden da, problemet er blevet undersøgt og skrevet omfattende. Fysikernes gentagne bestræbelser på at løse det har været særligt frugtbart for mange grene af fysik, hvor det kan observeres. I særdeleshed, de førte til opdagelsen af teorien om solitons, pulser, der formerer sig uden deformation, der kan observeres i oceaner, plasmafysik og optik.
Nogle modeller forudsagde, at Fermi, Pasta- og Ulam -fænomenet var faktisk cyklisk - systemet vendte flere gange tilbage til sin oprindelige tilstand. Men de eksperimenter, der havde fremhævet det, havde aldrig opdaget andet end en tilbagevenden til den oprindelige tilstand:systemets iboende tab dæmpede dets manifestationer for hurtigt.
Optiske fibre observerer paradokset
Vores forskerhold, baseret på University of Lille's PHLAM Laboratory og tilknyttet en italiensk teoretiker fra University of Ferrara, har formået at finde en måde at kompensere disse tab på over 8 kilometer optisk fiber ved at tilføje en lyskilde med en helt anden farve, der fungerede som et energireservoir. Denne hidtil usete proces gjorde det muligt for os for første gang at observere en anden tilbagevenden til den oprindelige tilstand. Eksperimentet fandt sted på FiberTech Lille -anlægget, del af IRCICA forskningsinstitution.
Flere Fermi-Pasta-Ulam gentagelser, med skiftevis maksima (rød) og minima (lyseblå)
Takket være en genial enhed, der så på diffusion af lys med urenheder i fiberen, kendt som Rayleigh -spredning, vi var i stand til ikke kun at måle lysets intensitet, men også hvad de optiske specialister kalder dets fase, og dette langs hele fiberlængden. Vi observerede derefter en hidtil uset adfærd:tilbagevendende skift fra en cyklus til en anden, maksima indtager stedet for minima.
Dette resultat, forudsagt af nogle modeller, åbner en ny måde i forståelsen af dette fænomen, som er roden til mange andre komplekse processer:frekvenskamme. Disse "laserregler", hurtigt gået frem i de seneste år, bringe lys ind i et stort antal nye applikationer, lige fra afstandsmåling for autonome biler til opdagelsen af eksoplaneter, for blot at nævne nogle få.
Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.
Sidste artikelSporing af energistrøm i store molekyler
Næste artikelForskere kigger dybt ind i en diamant for at undersøge dens defekter