Οι θεωρητικοί ανακαλύπτουν νέα σύνδεση μεταξύ της εμπλοκής και της κλασικής μηχανικής - Physics World

Οι φυσικοί του Ινστιτούτου Τεχνολογίας Stevens στο Νιου Τζέρσεϊ των ΗΠΑ βρήκαν μια νέα και εκπληκτική σχέση μεταξύ των κυματικών ιδιοτήτων του φωτός και των μηχανικών ιδιοτήτων των σημειακών μαζών. Η ανακάλυψή τους γεφυρώνει το χάσμα μεταξύ της κλασικής μηχανικής και της οπτικής των συνεκτικών κυμάτων μέσω θεωριών που προτάθηκαν πριν από 350 χρόνια από τον Ολλανδό μαθηματικό φυσικό Christiaan Huygens.

Οι μεγαλύτερες ανακαλύψεις του Huygens έγιναν στα δύο πιο σημαντικά πεδία του 17^th-φυσική του αιώνα: οπτική και μηχανική. Μεταξύ άλλων προόδων, ήταν ο πρώτος που πρότεινε (τη δεκαετία του 1670) μια κυματική περιγραφή του φωτός που εξηγεί την οπτική διάδοση καθώς και σημαντικά φαινόμενα όπως η παρεμβολή, η περίθλαση και η πόλωση που παρατηρήθηκαν αργότερα. Εργάστηκε επίσης στις μηχανικές έννοιες του κέντρου μάζας και της ροπής αδράνειας, οι οποίες είναι οι δύο θεμελιώδεις ιδιότητες που περιγράφουν πώς κινούνται τα άκαμπτα σώματα.

Xiao-Feng Qian και Μισάγκ Ιζάντι του Κέντρο Κβαντικής Επιστήμης και Μηχανικής του Ινστιτούτου Τεχνολογίας Stevens και την Τμήμα Φυσικής έχουν ανακαλύψει τώρα μια απροσδόκητη μέχρι τώρα σύνδεση μεταξύ αυτών των διαφορετικών τμημάτων του έργου του Huygens. Το έκαναν αυτό αναλύοντας δύο ιδιότητες οπτικής συνοχής: την πόλωση ή την κατεύθυνση στην οποία τα κύματα ταλαντώνονται και τη εμπλοκή, η οποία σε ένα μη κβαντικό πλαίσιο μπορεί να θεωρηθεί ως μια μοναδική μορφή συσχέτισης κυμάτων. Έδειξαν ότι αυτές οι δύο ιδιότητες σχετίζονται ποσοτικά με το κέντρο μάζας και τη ροπή αδράνειας μέσω του λεγόμενου θεωρήματος Huygens-Steiner για περιστροφή άκαμπτου σώματος.

Παράλληλοι άξονες

Γνωστό και ως θεώρημα του παράλληλου άξονα, το θεώρημα Huygens-Steiner δηλώνει ότι σε ένα άκαμπτο σώμα, η ροπή αδράνειας γύρω από οποιονδήποτε άξονα είναι πάντα μεγαλύτερη ή ίση με τη ροπή αδράνειας γύρω από έναν παράλληλο άξονα που διέρχεται από το κέντρο μάζας. Δηλώνει επίσης ότι η διαφορά μεταξύ αυτών των δύο ροπών αδράνειας είναι ευθέως ανάλογη με την κάθετη απόσταση μεταξύ των δύο αξόνων.

Στη μελέτη τους, η οποία περιγράφεται στο Έρευνα φυσικής αναθεώρησης, οι Qian και Izadi χρησιμοποίησαν μια διαδικασία γεωμετρικής χαρτογράφησης για να μετατρέψουν τις εντάσεις των κυμάτων φωτός σε μηχανικές σημειακές μάζες. Ερμηνεύοντας την ένταση ενός φωτεινού κύματος ως το ισοδύναμο της μάζας ενός φυσικού αντικειμένου, μπόρεσαν να χαρτογραφήσουν αυτές τις εντάσεις σε ένα σύστημα συντεταγμένων που θα μπορούσε να ερμηνευτεί χρησιμοποιώντας το μηχανικό θεώρημα Huygens-Steiner.

«Το θεώρημα Huygens-Steiner δημιουργεί μια ποσοτική σχέση μεταξύ των ροπών αδράνειας και της απόστασης μεταξύ των παράλληλων αξόνων», εξηγεί ο Qian. «Έχουμε δημιουργήσει μια ποσοτική σύνδεση της απόστασης των αξόνων με τις οπτικές έννοιες της εμπλοκής και της συνοχής πόλωσης. Έτσι, το θεώρημα χρησιμεύει ως γέφυρα για τη σύνδεση των ροπών αδράνειας με την οπτική εμπλοκή και πόλωση».

Μια εκπληκτική σύνδεση

Το ότι πρέπει να υπάρχει μια τέτοια σύνδεση προκαλεί έκπληξη, προσθέτει ο Qian: «Ένα κύμα είναι ένα φυσικό σύστημα που απλώνεται (δεν έχει μια καθορισμένη θέση) και ένα σωματίδιο (το οποίο μπορεί να θεωρηθεί ως άκαμπτο αντικείμενο) μπορεί να εντοπιστεί σε σημείο. Η κυματική οπτική και η σωματιδιακή μηχανική είναι δύο εντελώς διαφορετικά φυσικά φαινόμενα, επομένως η ποσοτική σχέση που έχουμε δημιουργήσει είναι απροσδόκητη».

Αν και η σύνδεση δεν είχε παρουσιαστεί πριν, γίνεται πολύ σαφές μόλις αντιστοιχίσετε τις ιδιότητες του φωτός σε ένα μηχανικό σύστημα, λέει. «Ό,τι ήταν κάποτε αφηρημένο γίνεται συγκεκριμένο: χρησιμοποιώντας μηχανικές εξισώσεις, μπορείτε κυριολεκτικά να μετρήσετε την απόσταση μεταξύ του κέντρου μάζας και άλλων μηχανικών σημείων για να δείξετε πώς οι διαφορετικές ιδιότητες του φωτός σχετίζονται μεταξύ τους».

Ενώ η εργασία είναι θεωρητική, οι Qian και Izadi αναμένουν ότι η ποσοτική σχέση που ανακάλυψαν θα μπορούσε να βοηθήσει στην ανάπτυξη διαδικασιών στις οποίες οι μηχανικές μάζες θα μπορούσαν να προσομοιώσουν τη συμπεριφορά της εμπλοκής των κυμάτων φωτός. «Η μέτρηση της εμπλοκής (και της πόλωσης) απαιτεί συνήθως πολύπλοκες και δαπανηρές τεχνικές», εξηγεί ο Qian. «Η προσομοίωση τους με τη μέτρηση του μηχανικού κέντρου μάζας και της ροπής αδράνειας θα είναι πολύ πιο εύκολη και οικονομική.

Το μυστικό των συγχρονισμένων εκκρεμών

«Γνωρίζουμε για πάνω από έναν αιώνα ότι το φως μερικές φορές συμπεριφέρεται σαν κύμα και μερικές φορές σαν σωματίδιο, αλλά η συμφιλίωση αυτών των δύο πλαισίων έχει αποδειχθεί εξαιρετικά δύσκολη», προσθέτει. «Η δουλειά μας δεν λύνει αυτό το πρόβλημα – αλλά δείχνει ότι υπάρχουν βαθιές συνδέσεις μεταξύ των εννοιών των κυμάτων και των σωματιδίων όχι μόνο σε κβαντικό επίπεδο, αλλά σε επίπεδο κλασικών κυμάτων φωτός και συστημάτων σημειακής μάζας».

Η ομάδα του Stevens διερευνά τώρα τις ποσοτικές συνδέσεις μεταξύ της κβαντικής εμπλοκής και των κλασικών συστημάτων μηχανικής σημειακής μάζας. «Έχουμε ήδη λάβει κάποια βασικά αποτελέσματα και αναμένουμε κάποια περαιτέρω απροσδόκητα αποτελέσματα στο μέλλον», λέει ο Qian Κόσμος Φυσικής.

Αναφέρουν την παρούσα εργασία τους στο Έρευνα φυσικής αναθεώρησης.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Αυτοκίνητο / EVs, Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• ChartPrime. Ανεβάστε το Trading Game σας με το ChartPrime. Πρόσβαση εδώ.
• BlockOffsets. Εκσυγχρονισμός της περιβαλλοντικής αντιστάθμισης ιδιοκτησίας. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/theorists-unearth-new-link-between-entanglement-and-classical-mechanics/