350年前の理論が光の性質間の「深い」関係を明らかにする

オランダ生まれ クリスチャン・ホイヘンス 彼はおそらく、あなたが聞いたことのない最も有名な物理学者の一人です。 17 世紀後半の彼の作品には、光の性質や運動する物体の仕組みなど、宇宙の有形および無形の領域が含まれていました。

ホイヘンスは多くの貢献の中で、…を生み出す光の波動理論を提案しました。 物理光学、光の干渉、回折、偏光を扱います。 彼はまた、最初のものを発明しました 振り子; 最も正確な計時装置は、約 300 年前の産業革命時代に存在しました。

光学と光学という一見まったく異なる 2 つの分野の間には、ほとんどつながりがありません。 古典力学 – これまでのところ。

ニュージャージー州スティーブンス工科大学の2人の物理学者は、1673年に発表された振り子に関するホイヘンスの独創的な研究を再検討し、彼の350年にわたる機械理論を使用して、最も奇妙で最も基本的な要素間のいくつかの新しい関係を明らかにした。 、光の性質。

「この最初の研究で、私たちは機構概念を適用することで、まったく新しい方法で光学システムを理解できることを明確に示しました。」 彼は言う。 物理学者シャオフェンチアン。

Qian 氏とスティーブンス研究所の同僚ミサグ・イザディ氏は、計算の中で光の 2 つの特性、つまり偏光と、古典的つまり非量子もつれとして知られる相関形式を考慮しました。

これら 2 つの特徴は、奇妙なことを反映しています。 光の二面性 それは私たちの宇宙の隅々にまで浸透しています。 量子の意味では、光はあらゆる形態の物質と同様に、空間を波打つ波として説明できますが、一点に位置する離散粒子でもあります。

ただし、これは単なる量子現象ではありません。 歯車、バネ、時を刻む時計の古典的な世界では、光の波が無形の海の物理的な波紋のように上昇および下降し、その特性は空間を通過する絶えず変化する進歩に関連付けられています。

「私たちは光が時には波として、時には粒子として振る舞うことを1世紀以上前から知っていましたが、これら2つの枠組みを調和させるのは非常に難しいことが判明しました。」 銭さんは言った。

「私たちの研究はこの問題を解決するものではありませんが、量子レベルだけでなく、古典的な光波や点質量系のレベルでも、波と粒子の概念の間に深いつながりがあることを示しています。」

もつれは、最も一般的には量子現象であり、単にオブジェクトの特性における相関関係を説明します。

粒子の場合、これは電子のスピン、運動量、または一対の光子の位置である可能性があります。 ある粒子のこれらの特性の 1 つについて何かが分かれば、他の粒子の同じ特性について何かがわかります。

古典的なもつれは、測定前に物体の不安定な性質を考慮する必要がなく、いくつかの相関関係も記述します。

分極化 上下または左右に振動する光波の指向特性です。 光線を構成するエネルギーパケットであるフォトンなどの粒子も偏光する可能性があります。

光波が振動するなら、振り子も振動するのであれば、後者の力学を利用して前者の特性を説明できるかもしれないと、Qian と Izadi は考えました。

「基本的に、私たちは光学システムを機械システムとして視覚化し、確立された物理方程式を使用して記述できるように光学システムを変換する方法を見つけました」と Qian 氏は述べています。 彼は説明する。

通常、古典力学は、振り子や惑星などの大きな物理的オブジェクトの運動を記述するために使用されます。 たとえば、ホイヘンス 平行軸理論 質量とその運動量の関係を説明します。

Qian と Izadi は、ホイヘンスの平行軸定理を適用できる機械システムとして光を考え、「深い」関係を発見しました。つまり、光波の偏光度は、最近認識された特性の程度に直接関係しているということです。ベクトル空間のもつれ。

Qian と Izadi の計算は、一方が上昇すると他方が低下することを示しており、もつれレベルを分極レベルから直接推測することができ、またその逆も可能です。

「最終的に、この研究は、一見無関係に見える物理法則間の根本的なつながりを認識できるようになり、世界を理解する方法を単純化するのに役立ちます」とQian氏は述べた。 彼は言う。。

この研究は、 フィジカルレビュー調査。