Για τα περισσότερα αντικείμενα, για κάθε δράση υπάρχει μια ίση και αντίθετη αντίδραση. Αλλά αν κολυμπάτε αντίθετα στο ρεύμα ενός ποταμού κβαντικού φωτός, οι συνήθεις κανόνες δεν ισχύουν.
Φυσικοί απέδειξαν ότι η παραβίαση του τρίτου νόμου κίνησης του Isaac Newton (σ.σ Νεύτωνα) σε ένα τέτοιο περιβάλλον μπορεί να είναι χρήσιμη, οδηγώντας σε νέους τρόπους ελέγχου του κβαντικού φωτός σε πειράματα και συσκευές.
Η κίνηση αντίθετα στο ρεύμα είναι δυνατή, όπως κάνουν ορισμένα ζώα και σκάφη, αλλά με τίμημα την κατανάλωση ενέργειας. Ο Yi Hu από το Πανεπιστήμιο Nankai στην Κίνα και οι συνεργάτες του αναρωτήθηκαν αν ένας παθητικός κολυμβητής που δεν καταναλώνει ενέργεια θα μπορούσε και πάλι να κινηθεί αντίθετα στο ρεύμα.
Οι ερευνητές μελέτησαν την κίνηση αντίθετα στο ρεύμα σε ένα κβαντικό σύστημα
Επειδή προηγούμενα πειράματα είχαν καθιερώσει ακριβείς τρόπους ελέγχου του κβαντικού φωτός, το χρησιμοποίησαν για να δημιουργήσουν τόσο το ποτάμι όσο και τον κολυμβητή τους.
Δημιούργησαν αυτό το ρευστό κβαντικού φωτός εκτοξεύοντας λέιζερ σε έναν ειδικό κρύσταλλο που ήταν εκτεθειμένος σε ηλεκτρική τάση, γεγονός που έκανε τα φωτόνια να αλληλεπιδράσουν και να σχηματίσουν ένα σύστημα που έμοιαζε με ποτάμι.
Ο κολυμβητής ήταν μια ακόμη δέσμη κβαντικού φωτός, αλλά αυτή είχε διαμορφωθεί ώστε να σχηματίζει ένα μοναδικό, απομονωμένο κύμα.
Η αρχή δράσης-αντίδρασης του τρίτου νόμου του Νεύτωνα θα σήμαινε ότι ο κολυμβητής και το ποτάμι θα δέχονταν το ίδιο είδος δύναμης - είτε απωστική είτε ελκτική - παρόμοια με τον τρόπο με τον οποίο η βαρύτητα οδηγεί σε αμοιβαία έλξη μεταξύ του σώματός μας και της Γης.
Η Γη μας έλκει προς τα κάτω και βιώνει μια έλξη προς τα πάνω προς εμάς. Αντίθετα, στο πείραμα, ο κολυμβητής βίωσε μια ελκτική αλληλεπίδραση με το ποτάμι, αλλά το ποτάμι άσκησε απωστική δύναμη στον κολυμβητή.
Αυτή ήταν μια «μη αμοιβαία» αλληλεπίδραση που παραβιάζει την αρχή δράσης-αντίδρασης
Το καθαρό αποτέλεσμά της ήταν μια δύναμη που έσπρωχνε τον κολυμβητή αντίθετα στο ρεύμα, λέει ο Hu.
«Για μένα, το σημαντικότερο συμπέρασμα είναι ότι η ενεργή συμπεριφορά δεν απαιτεί απαραίτητα ένα εγγενώς ενεργό σωματίδιο ή κολυμβητή», λέει.
Ο Mathias Albert από το Πανεπιστήμιο Côte d’Azur στη Γαλλία λέει ότι η κίνηση αντίθετα στο ρεύμα έχει επιτευχθεί στο παρελθόν σε άλλα κβαντικά ρευστά φωτός, αλλά βασιζόταν πάντα στη δημιουργία μικροσκοπικών δινών πίσω από τον κολυμβητή μέσα στο ρευστό, με την ανάκρουση από τη δημιουργία τους να ωθεί τον κολυμβητή, οπότε το νέο πείραμα καταδεικνύει έναν θεμελιωδώς διαφορετικό μηχανισμό κίνησης.
Γνωρίζουμε ήδη ότι οι μη αμοιβαίες αλληλεπιδράσεις μπορούν να είναι καθοριστικές για τη διαμόρφωση της κίνησης συστημάτων «ενεργής ύλης», όπου τα αντικείμενα καταναλώνουν ενέργεια για να κινηθούν, όπως βακτηριακά μείγματα, σμήνη πουλιών ή σμήνη μικροσκοπικών ρομπότ.
Όμως τα πειράματα του Hu και των συνεργατών του επικεντρώθηκαν σε ένα αντικείμενο που δεν καταναλώνει ενέργεια, αλλά παρ’ όλα αυτά επωφελήθηκε από μη αμοιβαίες αλληλεπιδράσεις.
Ως εκ τούτου, η εργασία τους θα μπορούσε να οδηγήσει στη δημιουργία ενός νέου τύπου ενεργής ύλης σε ένα κβαντικό σύστημα.
«Αυτό το ερώτημα είναι πολύ επίκαιρο αυτή τη στιγμή, με αρκετές ομάδες να διερευνούν πώς οι έννοιες της ενεργής ύλης μπορούν να συνδυαστούν με κβαντικά ρευστά και φωτονικά συστήματα», λέει ο Albert.
Λέει ότι, τελικά, η δυνατότητα ελέγχου τμημάτων φωτός ώστε να κινούνται προς κάποια προτιμώμενη κατεύθυνση θα μπορούσε να είναι χρήσιμη σε συσκευές που χρησιμοποιούν κβαντικό φως. Τέτοιες συσκευές είναι διαδεδομένες, για παράδειγμα, στις επικοινωνίες ή στην επεξεργασία κβαντικής πληροφορίας.
Ο Hu λέει ότι η ομάδα θέλει τώρα να κατασκευάσει πιο σύνθετα πειράματα, στα οποία θα μπορούσε να ελέγχει με μεγαλύτερη ακρίβεια την κίνηση του κολυμβητή ή να προσθέσει ταυτόχρονα αρκετούς κολυμβητές στο ρευστό.
www.worldenergynews.gr
