Физика

Ученые использовали хром и две прямоугольные призмы, чтобы воссоздать эффект черных и белых дыр на свет. Оптическое устройство успешно поглощает или отталкивает излучение в зависимости от его поляризации.

Черные дыры — объекты огромной массы, которые так сильно искривляют пространство-время, что безвозвратно захватывают свет и материю. Для них разработана теоретическая база, и, хотя не все вопросы в теории черных дыр закрыты, черные дыры определенно существуют. Другая концепция — белая дыра — до сих пор остается в большей степени теоретической. Это противоположность черной дыре: она не поглощает, а не дает к себе приблизиться ни свету, ни материи.

Команда физиков разработала новое оптическое устройство, действующее подобно черным и белым дырам. Оно основано на идеальном когерентном поглощении световых волн. В зависимости от поляризации устройство может либо почти полностью поглощать, либо отражать свет. Ученые описали его в журнале Advanced Photonics.

Устройство состоит из двух призм по 90 градусов с двумя внутренними углами из стекла BK7, отполированного до гладкости 80 микрометров. Высота призмы — 15 миллиметров, ширина «ноги» — 21,3 миллиметра. Поверхность одной из призм покрыта слоем хрома толщиной 20 нанометров и совмещена с другой линзой с применением жидкости с совпадающим со стеклом показателем преломления.

Устройство из двух призм формирует из падающих на них световых волн стоячую волну. Она взаимодействует с поглощающим слоем хрома и полностью поглощает или пропускает свет в зависимости от его поляризации. Устройство либо «глотает», либо отталкивает свет.

«Небесные явления, особенно черные дыры, на протяжении поколений будоражили воображение и любопытство человека. Создание их аналогов — способ прикоснуться к физике удаленных объектов, поскольку математические структуры и физические принципы повторяются удивительным образом в самых разных системах — от космоса до нано- и пикомасштабных устройств», — рассказала ведущий автор исследования, профессор Саутгемптонского университета (Великобритания) Нина Вайдья (Nina Vaidya).

Эксперименты доказали, что новое устройство действительно управляет электромагнитными волнами аналогично тому, как гравитационные черные и белые дыры взаимодействуют со светом. По данным проведенного моделирования, в случае аналога черной дыры устройство успешно не отражает свет, а в случае аналога белой дыры — формирует стоячую волну за счет интерференции падающего и отраженного света.

Созданное физиками оптическое устройство можно использовать как аналог для изучения и моделирования физики удаленных космических объектов, а также в качестве практической основы для целого ряда приложений, связанных с управлением электромагнитными волнами и усилением взаимодействия света с веществом, — от детекторов и преобразования энергии до технологий маскировки.