Novērots iepriekš nekad neredzēts fenomens - gaismas plūsmas sazarošanās

FOTO: Patsyk et al., Nature, 2020

Iztēlojies upes deltu jeb upes sazarojumu tās grīvā. Fiziķi novērojuši, ka kaut kas līdzīgs notiek ar gaismas viļņiem, kad tie izplatās noteiktā vidē. 

VIDEO: NOSKATIES GAISMAS SAZAROTO PLŪSMU

Šo fenomenu dēvē par sazaroto plūsmu, un tā ir novērota elektronu vidū, okeāna viļņos un skaņas viļņos. Tagad zinātniekiem izdevies to novērot arī redzamās gaismas plūsmā, izmantojot vien lāzera staru un ziepju burbuli. 

Pētījumā, kas publicēts zinātniskajā žurnālā “Nature”, rakstīts, ka atkarībā no vides struktūras ar viļņiem, kas tai plūst cauri, var notikt dažādas lietas. Tie var savienoties, izplesties, izliekties vai vienkārši turpināt plūst taisni. 

Lai veidotos sazarotā plūsma, ir nepieciešami daži priekšnosacījumi. Vides struktūrai jābūt mainīgai un struktūras telpiskajām izmaiņām jābūt lielākām nekā plūsmas viļņu garumam. Šai mainībai arī jānotiek vienmērīgi. Ja visi šie apstākļi ir pareizi, sīkas svārstības struktūrā var plūsmai likt sazaroties. 

Lai arī šī uzvedība viļņiem ir raksturīga, gaismas viļņos to novērot līdz šim nebija izdevies. To paveica zinātnieku komanda, izmantojot parastu ziepju burbuli kā vidi un lāzeru. 

Ziepju burbuļa membrāna sastāv no ļoti plānas šķidruma plēves, kas atrodas starp diviem virsmaktīvo molekulu slāņiem. Šīs plēves biezums ir mainīgs - no aptuveni pieciem nanometriem līdz dažiem mikrometriem liels. Tieši šīs mainības dēļ ziepju burbuļos vērojams krāsu spektrs. Tomēr, kā izrādās, tieši tas arī var likt gaismas plūsmai sazaroties. 

Tiesa, to nav tik viegli izdarīt, jo lāzera gaismai nepieciešams nokļūt starp šiem diviem virsmaktīvo molekulu slāņiem, tomēr zinātniekiem tas izdevās. 

Raidot lāzera staru ziepju burbulī, zinātnieki varēja novērot, kā šis stars sazarojas un izplešas pa membrānas virsmu. Savukārt, kad membrāna tika izgaismota ar vāju baltu gaismu, viņiem izdevās novērot, kā mainās membrānas biezums, kas sazaroja gaismu.     

Parasti gaisa plūsma liek ziepju burbuļa membrānas biezuma izmaiņām pārvietoties, tomēr, ja burbuli izdodas izolēt no gaisa plūsmas, šo mainību var uz dažām minūtēm saglabāt stabilu. Zinātnieki eksperimentu veica abās vidēs - gan ar gaismas plūsmu, gan bez tās. 

Šo eksperimentu var izmantot, lai pētītu virkni fizikas fenomenu, to skaitā arī vispārējo relativitāti. 

Uz augšu