يمكن أن يتصرف الضوء كموجةٍ وجسيمٍ على حدٍ سواء، وهو أمرٌ محيّرٌ للعلماء لعدة قرون قبل أن تصبح هذه الحقيقة واضحة. هذه الثنائية هي أساس لميكانيكا الكم، والسلوك الغريب للعالم الكمي ترك معظم نظريات الميكانيكا الكلاسيكية خلفه في عالم الأشياء التي بحجمنا.
استخدم فريق بحث الآن الميكانيكا الكلاسيكية لشرح خاصيتين محددتين للضوء: الاستقطاب والتشابك.
الأولى هي قدرة موجات الضوء على أن يكون لها اتجاه، وهي حقيقة تُستَخدَم في النظارات الشمسية لتصفية بعض الضوء. والثانية هي قدرة الفوتونات المتشابكة على تشكيل نظامٍ كمي تظل أجزاؤه متصلة حتى لو فصلت بينها مسافات شاسعة. التغييرات في أحدهما تعني تغييرات فورية في الآخر.
هذه الخصائص لا تبدو من الميكانيكا الكلاسيكية على الإطلاق، ولكن درس الفريق إمكانية وجود تشابه مع سلوك الاستقطاب في نظرية هويجنز-شتاينر. هذه النظرية التي تعود إلى 350 عامًا تتعامل مع كيفية دوران الجسم الصلب بالنسبة لمحور لا يمر عبر مركز كتلته، وهي مفيدة في التطبيقات التقنية ودراسة الأجرام السماوية.
قال الكاتب الرئيسي شياوفنغ تشيان من معهد ستيفنز للتكنولوجيا في بيان: «هذه نظرية ميكانيكية مُثبتة جيدًا تشرح عمل الأنظمة الفيزيائية مثل الساعات أو الأطراف الاصطناعية، لكننا تمكنا من إظهار أنها قد تقدم رؤى جديدة حول كيفية عمل الضوء أيضًا».
استخدم الباحثون شدة الضوء مماثلًا لكتلة الجسم الفعلي، وتمكنوا من تحديد باقي الخصائص باتباع هيكل النظرية، على الرغم من أن الضوء ليس جسمًا كلاسيكيًا.
أوضح تشيان: «بالأساس، وجدنا وسيلة لترجمة نظام بصري يمكننا تصوره كنظام ميكانيكي، ثم وصفه باستخدام معادلات فيزيائية مُثبتة جيدًا، كان هذا شيئًا لم يُعرَض من قبل، ولكنه يصبح واضحًا جدًا عندما تختزل خصائص الضوء إلى نظام ميكانيكي. ما كان مجرد تجريد يصبح واقعًا باستخدام المعادلات الميكانيكية، يمكنك حقًا قياس المسافة بين ‘مركز الكتلة’ ونقاط ميكانيكية أخرى لتوضيح كيفية ترتبط خصائص مختلفة للضوء ببعضها البعض».
السبب وراء وجود هذه العلاقات ولماذا يعمل التّصوّر بشكل جيد للغاية حاليًا غير واضح. قد يكون لفهم هذا الارتباط تداعيات مهمة على فهمنا للخصائص الكمية، وكيفية استخدامها في التطبيقات.
نُشِرَت هذه الدراسة في Physical Review Research.
اقرأ أيضًا:
الثقوب السوداء الفائقة تستطيع إطلاق رياح تصل سرعتها إلى ثلث سرعة الضوء!
هل نستطيع احتجاز الضوء أو تجميده؟
ترجمة: محمد فواز السيد
تدقيق: غفران التميمي
