Physikern ist es bereits gelungen, die Beschleunigung von Lichtstrahlen auf ebenen Flächen zu demonstrieren, wobei die Beschleunigung dazu führte, dass die Strahlen gekrümmten Pfaden folgten. Das neue Experiment hat jedoch die Grenzen dessen verschoben, was im Labor gezeigt werden kann. Physiker waren die ersten, die die Beschleunigung eines Lichtstrahls im gekrümmten Raum demonstrierten. Anstatt sich auf einem geodätischen Pfad (dem kürzesten Pfad auf einer gekrümmten Oberfläche) zu bewegen, wurde der Strahl aufgrund der Beschleunigung vom Pfad abgelenkt.
Die in der Zeitschrift Physical Review X veröffentlichte Studie „öffnet die Tür zu einem neuen Feld der beschleunigten Strahlforschung. Bisher wurde die Beschleunigung von Strahlen nur in einem Medium mit flacher Geometrie wie flachem Freiraum oder in Wellenleitern untersucht. In diesem Artikel folgten die optischen Strahlen gekrümmten Pfaden in einem gekrümmten Medium “, sagt Anatoly Patsik, Physiker am Israel Institute of Technology.
Das erfolgreiche Experiment, das von Physikern am Israel Institute of Technology der Harvard University und am Harvard-Smithsonian Astrophysical Center durchgeführt wurde, wird das Forschungspotential für weitere Laboruntersuchungen zu Phänomenen wie Gravitationslinsen erhöhen. Durch die Durchführung solcher Experimente im Labor können Wissenschaftler die von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagten Phänomene unter sorgfältig kontrollierten Bedingungen untersuchen.
Zunächst beschleunigten die Wissenschaftler einen Laserstrahl, indem sie ihn von einem räumlichen Lichtmodulator abprallten, der die Amplitude, Phase oder Polarisation von Lichtwellen modulieren soll. Das Abprallen des Strahls von diesem Gerät prägt eine bestimmte Wellenfront auf den Strahl, die beschleunigt, während ihre Form beibehalten wird. Die Wissenschaftler richteten dann einen beschleunigten Laser auf das Innere einer Glühlampe, die bemalt wurde, um das Licht zu streuen und für die Forscher sichtbar zu machen.
Wissenschaftler beobachteten, dass der Strahl, der sich innerhalb der Lampe bewegte, die Flugbahn von der geodätischen Linie ablenkte. Beim Vergleich dieser Bewegung mit einem Strahl, der nicht beschleunigte, stellten sie fest, dass der Strahl einer Linie folgen würde, wenn keine Beschleunigung vorhanden wäre.
Diese Forschung könnte der Ausgangspunkt für zukünftige Forschungen zu Phänomenen sein, die unter Einsteins allgemeine Relativitätstheorie fallen. Patsik erklärte: „Einsteins Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie bestimmen unter anderem die Entwicklung elektromagnetischer Wellen im gekrümmten Raum. Es stellt sich heraus, dass die Entwicklung elektromagnetischer Wellen im gekrümmten Raum nach Einsteins Gleichungen der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen in einer materiellen Umgebung entspricht, die durch elektrische und magnetische Suszeptibilität beschrieben wird und sich im Raum ändern kann."
Dieses Experiment sollte Impulse für die Entwicklung von Forschungsarbeiten zum Thema Gravitationslinsen und Einsteinringe, Gravitationsblau oder Rotverschiebung und vielem mehr geben. In Zukunft wollen Wissenschaftler untersuchen, ob Plasmastrahlen (in denen Plasma anstelle von Licht schwingt) auch im gekrümmten Raum beschleunigen können.
Ilya Khel
Werbevideo: