Kristijan Hajgens, rođen u Holandiji, verovatno je jedan od najpoznatijih fizičara za koje nikada niste čuli. Njegovo delo u kasnom 17. veku zahvatalo je i nematerijalna i opipljiva područja našeg univerzuma: prirodu svetlosti i mehaniku pokretnih objekata.
Među svojim mnogobrojnim doprinosima, Hajgens je predložio talasnu teoriju svetlosti koja bi dovela do fizičke optike, koja se bavi interferencijom, difrakcijom i polarizacijom svetlosti. Izmislio je i prvi sat sa klatnom; najtačniji merilac vremena za skoro 300 godina, upravo kroz industrijsku revoluciju.
Malo je napravljeno o vezama između ova dva naizgled različita polja optike i klasične mehanike – do sada.
Par fizičara sa Stevensovog tehnološkog instituta u Nju Džersiju ponovo je razmotrio Hajgensov suštinski rad o klatnu, objavljen 1673. godine, i koristio njegovu 350 godina staru mehaničku teoremu da otkrije neke nove veze između nekih od najčudnijih i najosnovnijih , svojstva svetlosti.
„Sa ovom prvom studijom jasno smo pokazali da je primenom mehaničkih koncepata moguće razumeti optičke sisteme na potpuno nov način“, kaže fizičar Ksiaofeng Kian.
Kian i njegov kolega sa Stivens instituta, Misagh Izadi, razmatrali su dva svojstva svetlosti u svojim proračunima: polarizaciju i oblik korelacije poznat kao klasično, ili nekvantno, preplitanje.
Ova dva svojstva odražavaju čudnu dualnost svetlosti koja prožima svaki džep našeg Univerzuma. U kvantnom smislu, svetlost – kao i svi oblici materije – može se opisati kao talasi koji talasaju prostor, ali i kao diskretne čestice lokalizovane u jednoj tački.
Međutim, ovo nije samo kvantni fenomen. U klasičnom svetu zupčanika i opruga i satova koji otkucavaju, svetlosni talasi se dižu i spuštaju poput fizičkih talasa na nematerijalnom okeanu, sa svojstvima povezanim sa njihovim neprestano pomeranjem napretka kroz svemir.
„Već više od jednog veka znamo da se svetlost ponekad ponaša kao talas, a ponekad kao čestica, ali se pomirenje ta dva okvira pokazalo izuzetno teškim“, rekao je Ćian.
„Naš rad ne rešava taj problem – ali pokazuje da postoje duboke veze između koncepta talasa i čestica ne samo na kvantnom nivou, već i na nivou klasičnih svetlosnih talasa i sistema tačka-mase.“
Zapletanje koje se najčešće smatra kvantnim fenomenom jednostavno opisuje korelacije u svojstvima objekata.
Za čestice, to mogu biti spinovi elektrona, ili impuls ili položaj para fotona. Znati nešto o jednoj od ovih karakteristika za jednu česticu govori vam nešto o istoj karakteristici za drugu.
Klasična isprepletenost takođe opisuje određene korelacije, samo bez potrebe da se uzme u obzir neuređenost objekta pre njegovog merenja.
Polarizacija je svojstvo usmerenosti svetlosnog talasa koji osciluje gore-dole, ili levo-desno. Čestice kao što su fotoni, paketi energije koji čine snop svetlosti, takođe mogu biti polarizovani.
Ako svetlosni talas osciluje, kao i klatno, onda su Kian i Izadi mislili da bi mogli da iskoriste mehaniku ovog drugog da opišu svojstva prvog.
„U suštini, pronašli smo način da prevedemo optički sistem kako bismo mogli da ga vizualizujemo kao mehanički sistem, a zatim ga opišemo koristeći dobro utvrđene fizičke jednačine“, objašnjava Kian.
Obično se klasična mehanika koristi za opisivanje kretanja velikih fizičkih objekata poput klatna i planeta. Na primer, Hajgensova teorema paralelne ose opisuje odnos između masa i njihovog rotacionog momenta.
Kian i Izadi su zamislili svetlost kao mehanički sistem na koji bi se mogla primeniti Hajgensova teorema paralelnih ose i pronašli „duboku“ vezu: stepen polarizacije svetlosnog talasa bio je direktno povezan sa stepenom nedavno priznatog svojstva zvanog vektorski prostor zapletanje.
Kian i Izadijevi proračuni sugerišu da kako se jedan diže, drugi opada, što omogućava da se nivo zapetljanosti zaključi direktno iz nivoa polarizacije, i obrnuto.
„Na kraju, ovo istraživanje pomaže da se pojednostavi način na koji razumemo svet, omogućavajući nam da prepoznamo suštinske veze između naizgled nepovezanih fizičkih zakona“, kaže Kian.
