Teorema 350-vjeçare zbulon natyrën komplekse të valëve të dritës

Në vitin 1673, Christiaan Huygens shkroi një libër mbi lavjerrësit dhe mënyrën se si funksionojnë ato. Një teoremë mekanike e përmendur në libër u përdor 350 vjet më vonë nga studiuesit në Institutin e Teknologjisë Stevens për të shpjeguar sjelljet komplekse të dritës, thuhet në një deklaratë të universitetit.

Ndonëse e njohur për ne prej shekujsh, njerëzimi e ka pasur të vështirë të shpjegojë vetë natyrën e dritës. Për shekuj me radhë, shkencëtarët kanë qenë të ndarë nëse duhet ta quajnë atë valë apo grimcë dhe kur dukej se kishte një marrëveshje se çfarë mund të ishte në të vërtetë drita, fizika kuantike hodhi një kthesë të re duke sugjeruar që ajo ekzistonte si të dyja në të njëjtën kohë.

Studiuesit që më parë po punonin për të hedhur poshtë pretendimet e fraksionit të kundërt, tani kanë shpenzuar kohë duke shpjeguar se si drita shfaq vetitë e valëve dhe grimcave në të njëjtën kohë.

Për ta bërë këtë, një ekip i udhëhequr nga Xiaofeng Qian, një profesor i fizikës në Institutin e Teknologjisë Stevens iu drejtua një teoreme mekanike 350-vjeçare që shpjegon se si funksionojnë objektet si lavjerrësit.

Huygens propozoi që drita përhapet në formën e valëve në të gjithë universin. Por fizikanti holandez shpjegoi gjithashtu se si energjia e nevojshme për të rrotulluar një objekt varej nga masa e tij dhe boshti rreth të cilit duhej të rrotullohej.

Kjo teoremë mekanike mund të përdoret për të shpjeguar lëvizjen e objekteve të tilla si lavjerrësit si dhe planetët.

Megjithatë, zbatimi i kësaj në dritë kishte një pengesë. Teorema e përdorur masa e objekteve dhe drita nuk ka masë. Prandaj, ekipi i Qian-it përdori intensitetin e dritës si ekuivalent të masës së objekteve fizike. Më pas u bë e mundur të hartoheshin matjet në një sistem koordinativ për interpretimin e teoremës së Huygens, shtoi deklarata.

Kjo i mundësoi ekipit të vizualizonte dritën si pjesë e një sistemi mekanik dhe lidhjet midis vetive të valës si ngatërrimi dhe polarizimi u bënë më të qarta, thanë studiuesit.

Pajtimi i dy shkollave të mendimit nëse drita është valë apo grimcë ka qenë veçanërisht e vështirë. Ndërsa kërkimi i ri nuk e zgjidh këtë problem, ai tregon se ka lidhje midis këtyre dy kornizave, të cilat nuk ekzistojnë vetëm në nivelin kuantik, por edhe në nivelin e fizikës klasike, ku kemi të bëjmë me valët dhe sistemet me masë.

“Ajo që dikur ishte abstrakte bëhet konkrete: duke përdorur ekuacione mekanike, ju mund të matni fjalë për fjalë distancën midis ‘qendrës së masës’ dhe pikave të tjera mekanike për të treguar se si vetitë e ndryshme të dritës lidhen me njëra-tjetrën”, tha Qian në deklaratë.

Hetimi i mëtejshëm i këtyre marrëdhënieve mund t’i ndihmojë shkencëtarët në vlerësimin e vetive jo vetëm të sistemeve optike të vështira për t’u matur, por edhe të sistemeve kuantike. Zbritjet për këto sisteme tani mund të ndodhin duke përdorur matjet e dritës, të cilat jo vetëm janë shumë më të thjeshta për t’u arritur, por edhe më të fuqishme nga pikëpamja e mbledhjes së të dhënave.

Më tej, studiuesit mund të aplikojnë gjithashtu të njëjtin sistem për të eksploruar sjelljet komplekse që shihen në sistemet e valëve kuantike. “Në fund të fundit, ky hulumtim po ndihmon në thjeshtimin e mënyrës se si ne e kuptojmë botën, duke na lejuar të njohim lidhjet e brendshme midis ligjeve fizike në dukje të palidhura,” shtoi Qian.

Ndërsa optika dhe mekanika janë dy degë të dallueshme të fizikës, ato janë të lidhura. Dihet mirë se trajtimi gjeometrik/rreze i dritës ka analogji të drejtpërdrejta me përshkrimet mekanike të lëvizjes së grimcave. Megjithatë, lidhjet midis optikës së valës së koherencës dhe mekanikës klasike raportohen rrallë. Këtu ne raportojmë lidhjet e të dyjave përmes një analize sasiore sistematike të polarizimit dhe ngatërrimit, dy veti të koherencës optike nën përshkrimin e valës së dritës të krijuar nga Huygens dhe Fresnel. Një lidhje e përgjithshme plotësuese e identitetit është marrë për fusha drite arbitrare. Më e habitshme, përmes sistemit të koordinatave barycentrik, polarizimit optik, ngatërrimit, dhe lidhja e tyre e identitetit tregohet të jetë e lidhur në mënyrë sasiore me konceptet mekanike të qendrës së masës dhe momentit të inercisë nëpërmjet teoremës së Huygens-Steiner për rrotullimin e trupit të ngurtë. Rezultati i marrë lidh optikën valore koherente dhe mekanikën klasike përmes dy teorive të Huygens.