«Псевдогравитация»: ученые используют кристалл, чтобы искривлять свет, как крошечную черную дыру

Физики исказили тип материала, известный как фотонный кристалл, чтобы изменить путь света так же, как если бы он проходил через гравитационное поле, как описано в общей теории относительности Эйнштейна.

Результат, согласно группе, возглавляемой инженером-электронщиком Кандзи Нандзё из Киотского технологического института, имеет значение для контроля света, особенно в том, что касается оптики и коммуникационных технологий.

«Мы решили изучить, может ли искажение решетки в фотонные кристаллы могут создавать эффекты псевдогравитации, — объясняет профессор Кёко Китамура из Университета Тохоку.

— Подобно тому, как гравитация искривляет траекторию объектов, мы придумали способ преломлять свет внутри определенных материалов».

Теоретически любой объект, имеющий массу, должен влиять на путь света. Мы можем увидеть этот эффект, когда смотрим в космос, где гигантские объекты, такие как галактики и скопления галактик, настолько сильно искривляют пространство-время, что любой свет, проходящий через него, становится размытым и искажается.

Поскольку объекты уменьшаются в размерах Слабость гравитации становится все более очевидной, а ее искажающие эффекты становится все труднее наблюдать.

Ученые подумали, что они смогут воспроизвести этот эффект в меньшем масштабе, используя фотонные кристаллы. Это высокоупорядоченные и повторяющиеся наноструктуры, в которых показатель преломления света периодически меняется, создавая переливающийся эффект; примеры в природе включают опалы, перья павлина и мерцающие крылья бабочек.

Эти кристаллы относительно легко создать искусственно, соединив два разных материала, которые по-разному взаимодействуют со светом. Ученые ранее отмечали, что кристаллы сами по себе могут служить аналогией пространства-времени, а их структуры представляют собой путь, известный как геодезическая. Когда свет проходит через его структуру, его обычно прямой путь может сильно отклоняться, поскольку свет может изгибаться в пространстве, что называется своего рода псевдогравитацией.

Исследователи намеревались попытаться создать и манипулировать псевдогравитацию фотонных кристаллов путем экспериментального искажения их фотонных кристаллов. Они создали кремниевые фотонные кристаллы и внесли искажения, деформировав расстояние между упорядоченными элементами.

Это изменило способ взаимодействия кристалла со светом, создав изогнутый луч – как при прохождении света вокруг крошечной черной дыры. .

Эксперименты, в ходе которых они пропускали луч через кристалл и наблюдали, как и где он возникал, подтвердили усилия команды. Это может помочь в изучении гравитации – явления, которое мы до сих пор до конца не понимаем – но также имеет значение для развития технологий, говорят ученые.

«Такое плоскостное управление лучом в терагерцовом диапазоне может могут быть использованы в связи 6G», — говорит физик Масаюки Фудзита из Университета Осаки.

«С академической точки зрения результаты показывают, что фотонные кристаллы могут использовать гравитационные эффекты, открывая новые пути в области физики гравитона».

Исследование опубликовано в Physical Review A.