Теоретики: ни один материал не может быть полностью прозрачным из-за превращения света в звук

Группа физиков-теоретиков Альберто Николис, Федерико Пьяцца и Анджело Эспозито сообщила, что ни один материал, преломляющий свет, не может быть полностью прозрачным, пишет scientificamerican.com. Результаты авторы разместили в виде препринта на arXiv.org 8 октября. scientificamerican.comscientificamerican.comscientificamerican.comОткрыть источник ↗ Причина — квантовый процесс, превращающий световые волны в звуковые. По мнению авторов, даже тщательная инженерная работа не позволит создать материал, который не теряет часть проходящего света, хотя эти потери могут быть очень малы.

Самые прозрачные материалы сегодня

В Книге рекордов Гиннесса Иван Смалюх указан как изобретатель самого прозрачного известного материала. Его лаборатория в Университете Колорадо в Боулдере разработала гели для теплоизоляции окон: их настроили так, что они преломляют свет почти так же слабо, как воздух, и потому прозрачнее стекла. Эти гели рассчитаны на нанесение тонким слоем: слой толщиной в фут пропускал бы очень мало света.

По волоконно-оптическим кабелям свет идёт по изогнутым путям на мили, прежде чем сигнал нужно усиливать. Ещё прозрачнее сверхтекучий гелий, охлаждённый до нескольких градусов выше абсолютного нуля. В нём квантовая механика согласует движение атомов, и жидкость течёт без трения. Он поглощает рентгеновское излучение, но влияние на видимый свет измерить не удалось.

Как свет превращается в звук

Николис и Пьяцца рассмотрели материал, максимально прозрачный из возможных. Он должен быть холодным, чтобы свет не терялся на колебаниях уже движущихся молекул, и инертным, без химических реакций и электрических токов, которые могли бы поглощать свет как источник энергии. Они ожидали, что и такой материал поглотит часть фотонов через тонкие квантовые процессы. scientificamerican.comscientificamerican.comscientificamerican.comОткрыть источник ↗

Эспозито ранее делал похожую оценку для тёмной материи. Он искал способ обнаружить гипотетический тёмный фотон, который можно было бы зарегистрировать, если он толкнёт атомное ядро в сверхтекучем гелии. Такой толчок вызывает крошечное колебание — квантовую звуковую волну. При повторении частица теряет энергию. То же должно происходить с обычными фотонами: в итоге они теряют столько энергии, что становятся неразличимыми.

В идеализированной сверхтекучей жидкости, описанной авторами, свет мог бы пройти расстояние, равное диаметру Земли, прежде чем заметно ослабеет. Модель описывает только сверхтекучие среды, но авторы ожидают, что другие материалы подчиняются сходным правилам. «Я думаю, это универсально для всех материалов», — говорит Эспозито.

Борна Салехиан из Швейцарской высшей технической школы Цюриха, не участвовавший в работе, назвал её фундаментальным ограничением, установленным природой. scientificamerican.comscientificamerican.comscientificamerican.comОткрыть источник ↗