Uutiset

Tutkijat osoittivat, miten valo etenee läpinäkyvässä väliaineessa

Aalto-yliopiston tutkijoiden kehittämä valon massa-aaltoteoria ratkaisee valon liikemäärään liittyvän paradoksin.
Kiteen läpi etenevän valon optinen voima synnyttää atomisen massatiheysaallon. Kuva: Jyrki Hokkanen, CSC.

Aalto-yliopiston tutkijat osoittavat tuoreessa julkaisussa, miten valo etenee läpinäkyvässä väliaineessa. Tutkijat selvittivät, että jokaista läpinäkyvässä väliaineessa kulkevaa fotonia seuraa atomitiheysaalto. Atomien liike aiheutuu fotonin optisesta voimasta, joka saa esimerkiksi piin atomit kuljettamaan 92 prosenttia valon kokonaisliikemäärästä.

Tutkijoiden kehittämä valon massa-aaltoteoria ratkaisee satavuotisen valon liikemäärän paradoksin. Valon liikemäärälle läpinäkyvässä väliaineessa on aiemmin johdettu teoreettisesti kaksi tulosta, joilla on piin tapauksessa kymmenkertainen ero. Tämä ero johtuu siitä, ettei atomitiheysaaltoon liittyvää massan siirtymää ole otettu huomioon.

Tutkijat ovat ratkaisseet liikemäärän paradoksin käyttäen kahta riippumatonta, mutta toisiaan täydentävää menetelmää. Molemmat lähestymistavat osoittavat, että kenttäenergian siirtymiseen läpinäkyvässä väliaineessa liittyy väistämättä massan siirtyminen. Siirtyvä massa muodostuu atomien tihentymästä, joka liikkuu fotonin kanssa väliaineen läpi.

”Koska työmme on teoreettinen ja laskennallinen, se täytyy yhä todistaa kokeellisesti ennen kuin siitä voi tulla standardimalli valolle läpinäkyvässä väliaineessa. Valopulssin kokonaisliikemäärän mittaaminen ei riitä, vaan on mitattava myös massasiirtymä. Tarvittavien kokeiden pitäisi olla mahdollisia käyttäen interferometrisiä ja mikroskooppisia tekniikoita sekä yleisesti saatavilla olevia materiaaleja”, tutkija Mikko Partanen Aalto-yliopistosta sanoo.

Vaikutus tähtienvälisten kaasujen ja laajentuvan maailmankaikkeuden tarkasteluun

Tutkijat tekevät työtä teorian mahdollisiin optomekaanisiin sovelluksiin liittyen. Uusi teoria kuitenkin kuvaa valon liikettä paitsi läpinäkyvissä nesteissä ja kiinteissä aineissa, myös tähtienvälisessä harvassa kaasussa. Yksinkertaisella kinemaattisella tarkastelulla voidaan osoittaa, että energiahäviö, joka syntyy atomitiheysaallosta, on suoraan verrannollinen fotonin energiaan ja sen kulkemaan matkaan.

”Tämä kannustaa jatkosimulaatioihin, joissa käytetään realistisia parametreja tähtienvälisen kaasun ja plasman tiheydelle ja lämpötilalle. Tällä hetkellä Hubblen lakia selitetään Dopplerin ilmiöllä. Etäisten tähtien osalta punasiirtymä näyttää kasvavan, mikä puolestaan tukee laajenevan maailmankaikkeuden hypoteesia. Uuden valon etenemistä koskevan teoriamme pohjalta tämä hypoteesi ei ole enää tarpeellinen, koska teoria tuottaa automaattisesti punasiirtymän, joka on suoraan verrannollinen havainnoijan ja tähden väliseen etäisyyteen”, selittää professori Jukka Tulkki.

Tutkimusartikkeli: Mikko Partanen, Teppo Häyrynen, Jani Oksanen, and Jukka Tulkki. Photon mass drag and the momentum of light in a medium. Physical Review A 95. DOI: 10.1103/PhysRevA.95.063850

Lisätietoja:

Mikko Partanen
Tohtoriopiskelija
Aalto-yliopisto
[email protected]

Jukka Tulkki
Professori
Aalto-yliopisto
[email protected]
p. 050 520 4360

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Seinäplansseja ja kirjapöytiä näyttelytilasta.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Aalto ARTS Booksissa juhlitaan 500:aa julkaistua teosta vuonna 2022

Aalto ARTS Books julkaisi 500. toimitetun teoksensa keväällä 2022. Juhla huipentuu toukokuussa Väreessä järjestettävään näyttelyyn, joka esittelee kustantamon toimintaa ja teoksia vuosien ajoilta.
Rulpa_Anna Aleksejeva in WantedDesign
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Wood Studio -kurssille menestystä WantedDesign New Yorkissa

Aalto-yliopisto osallistuu newyorkilaisen muotoilufoorumi WantedDesignin verkkonäyttelyyn. WantedDesign 2022 on sarja digitaalisia tapahtumia, jotka esittelevät laadukkaita muotoilu- ja suunnittelukonsepteja ympäri maailman. Mukana ovat myös maailman huippukoulut.
A portrait of Maria Sammalkorpi.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Novo Nordisk -säätiöltä tutkimusrahoitus Maria Sammalkorvelle laskennalliseen biosynteettisten materiaalien tutkimukseen

Senior Scientist Maria Sammalkorpi on saanut Novo Nordisk -säätiöltä erittäin kilpaillun Ascending Investigator 2022 -tutkimusrahoituksen. Myönnetyn rahoituksen suuruus on noin 9 miljoonaa Tanskan kruunua (1,2 miljoonaa euroa).
Two models wearing grey solar cell clothing.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tutkijat kehittivät vaatteisiin näkymätöntä aurinkokennoteknologiaa, joka kestää konepesua

Tutkijat kehittivät tekstiileihin pesunkestävää aurinkokennoteknologiaa, joka voidaan myös piilottaa kankaan alle. Kennojen näkymättömyys suojaa niitä - ja tekee vaatteista houkuttelevampia, sanovat fysiikan ja muotoilun tutkijat. Lupaavia sovelluskohteita löytyy esimerkiksi työ- ja retkeilyvaatteista sekä valoon reagoivista verhoista.