พิสูจน์ทฤษฎีความเร็วแสง

อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปมักคิดว่าเป็นไปไม่ได้ที่อนุภาคของแสง ซึ่งเรียกว่าโฟตอน จะเคลื่อนที่ช้าลงเมื่อเคลื่อนที่ผ่านพื้นที่ว่าง โดยไม่ถูกขัดขวางโดยอันตรกิริยากับวัสดุใดๆ ในบทความใหม่ที่ตีพิมพ์ในScience Expressวันนี้ (วันศุกร์ที่ 23 มกราคม) นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยกลาสโกว์และมหาวิทยาลัย Heriot-Watt อธิบายว่าพวกเขาจัดการให้โฟตอนในพื้นที่ว่างช้าลงได้อย่างไรเป็นครั้งแรก พวกเขาได้แสดงให้เห็นว่าการใช้หน้ากากกับลำแสงเพื่อให้โครงสร้างเชิงพื้นที่ของโฟตอนสามารถลดความเร็วได้ ทีมงานเปรียบเทียบลำแสงที่มีโฟตอนจำนวนมากกับทีมนักปั่นจักรยานที่แบ่งงานกันโดยผลัดกันปั่นจักรยานด้านหน้า แม้ว่ากลุ่มจะเดินทางไปตามถนนเป็นหน่วยเดียวกัน แต่ความเร็วของนักปั่นจักรยานแต่ละคนอาจแตกต่างกันไปตามการเปลี่ยนตำแหน่ง การก่อตัวของกลุ่มอาจทำให้ยากต่อการกำหนดความเร็วเดียวสำหรับนักปั่นจักรยานทุกคน และเช่นเดียวกันกับแสง แสงพัลส์เดียวประกอบด้วยโฟตอนจำนวนมาก และนักวิทยาศาสตร์รู้ว่าพัลส์แสงมีลักษณะเฉพาะด้วยความเร็วที่แตกต่างกันจำนวนหนึ่ง การทดลองของทีมได้รับการกำหนดค่าเหมือนการแข่งขันจับเวลา โดยมีการปล่อยโฟตอนสองตัวพร้อมกันในระยะทางที่เท่ากันไปยังเส้นชัยที่กำหนดไว้ นักวิจัยพบว่าโฟตอนหนึ่งไปถึงเส้นชัยตามที่คาดการณ์ไว้ แต่โฟตอนที่มีโครงสร้างซึ่งได้รับการปรับรูปร่างใหม่โดยหน้ากากมาถึงในภายหลัง ซึ่งหมายความว่ามันเดินทางช้ากว่าในพื้นที่ว่าง ในระยะทาง 1 เมตร ทีมงานวัดความยาวคลื่นที่ช้าลงได้ถึง 20 ความยาวคลื่น ซึ่งมากกว่าความแม่นยำในการวัดหลายเท่า งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่า หลังจากผ่านลำแสงผ่านหน้ากากแล้ว โฟตอนจะเคลื่อนที่ช้าลงในอวกาศ สิ่งสำคัญคือสิ่งนี้แตกต่างอย่างมากกับผลกระทบที่ช้าลงของการผ่านของแสงผ่านตัวกลาง เช่น แก้วหรือน้ำ ซึ่งแสงจะช้าลงเฉพาะในช่วงเวลาที่แสงผ่านวัตถุเท่านั้น แสงจะกลับไปสู่ความเร็วของแสงหลังจากที่เปล่งแสงออกมา ด้านอื่น ๆ. ความเร็วแสง ผลของการส่งผ่านแสงผ่านหน้ากากคือการจำกัดความเร็วสูงสุดที่โฟตอนที่สามารถเดินทางได้ งานนี้ดำเนินการโดยทีมงานจาก Optics Group ของมหาวิทยาลัยกลาสโกว์ นำโดยศาสตราจารย์ Miles Padgett ทำงานร่วมกับนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่นำโดย Stephen Barnett และร่วมมือกับ Daniele Faccio จาก Heriot-Watt University Daniel Giovannini หนึ่งในผู้เขียนหลักของรายงานกล่าวว่า "ความล่าช้าที่เรานำมาใช้กับลำแสงที่มีโครงสร้างมีขนาดเล็ก วัดได้หลายไมโครเมตรในระยะทางการแพร่กระจาย 1 เมตร แต่ก็มีความสำคัญ เราได้วัดที่คล้ายกัน ผลกระทบในลำแสงสองประเภทที่เรียกว่า Bessel beams และ Gaussian beams" Jacquiline Romero ผู้เขียนร่วมกล่าวว่า "เราประสบความสำเร็จในการชะลอผลกระทบนี้ด้วยหลักการทางแสงที่ละเอียดอ่อนแต่เป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวาง การค้นพบนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าการแพร่กระจายของแสงสามารถช้าลงต่ำกว่าตัวเลขที่ยอมรับกันโดยทั่วไปที่ 299,792,458 เมตรต่อวินาที แม้กระทั่ง เมื่อเดินทางในอากาศหรือสุญญากาศ "แม้ว่าเราจะวัดเอฟเฟ็กต์สำหรับโฟตอนเดียว แต่ก็ใช้กับลำแสงที่สว่างด้วย เอฟเฟ็กต์จะใหญ่ที่สุดเมื่อเลนส์ที่ใช้สร้างลำแสงมีขนาดใหญ่ และเมื่อระยะทางที่แสงโฟกัสมีขนาดเล็ก หมายถึงเอฟเฟ็กต์เท่านั้น ใช้กับระยะสั้น" ศาสตราจารย์แพดเจตต์กล่าวเสริมว่า "อาจดูน่าแปลกใจที่แสงสามารถเดินทางได้ช้าลงเช่นนี้ แต่ผลที่ได้มีรากฐานทางทฤษฎีที่มั่นคง และเรามั่นใจว่าการสังเกตของเราถูกต้อง "ผลลัพธ์ทำให้เรามีแนวทางใหม่ในการคิดเกี่ยวกับคุณสมบัติของแสง และเรากระตือรือร้นที่จะสำรวจศักยภาพของการค้นพบนี้ต่อไปในการใช้งานในอนาคต เราคาดหวังว่าผลกระทบนี้จะใช้ได้กับทฤษฎีคลื่นใดๆ ดังนั้น การชะลอตัวที่คล้ายกันอาจเกิดขึ้นได้ เกิดเป็นคลื่นเสียงเป็นต้น"