Światło porusza się tylko do przodu. Czy podróże w czasie są możliwe?

Prędkość, zmiana kierunku czy interakcje z różnymi ośrodkami, takimi jak szkło czy woda, mogą wydawać się zrozumiałe, jednak przy głębszym wglądzie w te procesy pojawiają się zaskakujące wnioski. Należy zastanowić się, jak światło wpływa na nasze postrzeganie świata, ale także, jak może być powiązane z jednym z najbardziej fundamentalnych pojęć fizyki: czasem. 

Światło jest formą energii, która podróżuje w postaci fal elektromagnetycznych, poruszając się przez przestrzeń. Jest nieodłączną częścią naszego świata, ale mimo iż wydaje się nam dobrze znane, w rzeczywistości ma wiele fascynujących właściwości, które mogą zaskakiwać, szczególnie gdy zaczniemy badać je bardziej szczegółowo. Jednym z takich zjawisk jest to, co dzieje się z światłem, gdy przechodzi przez interfejs, granicę między dwoma różnymi ośrodkami, takimi jak szkło, woda czy inne materiały.

Kiedy światło przechodzi przez obiekt tego typu, zmienia swoją prędkość w zależności od właściwości materiałów, z których składają się te ośrodki. Na przykład, woda spowalnia światło w porównaniu do powietrza. Zjawisko to jest dobrze znane i opisywane przez równania falowe, które mówią, jak światło zachowuje się w różnych ośrodkach. Jednak badania pokazują, że na samym interfejsie, w miejscu, gdzie te dwa ośrodki się stykają, światło może doświadczyć dodatkowego przyspieszenia.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Z punktu widzenia fizyki, związane z tym zjawiskiem może być pojęcie strzałki czasu, czyli koncepcji, która sugeruje, że czas ma określony kierunek: od przeszłości ku przyszłości, i w kontekście światła może odnosić się do tego, jak jego energia, zachowanie falowe czy interakcje z ośrodkami zmieniają się w czasie.

Zmiany te, choć mierzalne, mogą wyglądać inaczej w zależności od tego, jak patrzymy na czas w kontekście światła. Proces przechodzenia światła przez różne media, zwłaszcza na granicy tych mediów, może być jednym z przykładów, gdzie "strzałka czasu" pokazuje, jak zmiany w prędkości światła wpływają na postrzeganą "przeszłość" i "przyszłość" w danym punkcie przestrzeni i czasu.

Światło w tym sensie staje się interesującym przypadkiem, w którym badania nad jego zachowaniem pozwalają lepiej zrozumieć, jak czas, materia i energia są ze sobą powiązane w naszym wszechświecie.

Jak podaje IFLscience: W 2023 r. naukowcy przedstawili równanie w przypadku wszechświata z jednym wymiarem przestrzeni i jednym wymiarem czasu.

Fiński zespół naukowców opracował nowe równanie, które opisuje zachowanie fali światła przyspieszającej w trakcie przechodzenia przez interfejs tzn. granicę między dwoma różnymi ośrodkami. Początkowo to rozwiązanie nie miało sensu, jednak fizycy szybko zauważyli, że aby uzyskać poprawne wyniki, muszą wprowadzić prędkość odniesienia tj. prędkość światła w próżni.

Po uwzględnieniu tego elementu, równanie dostarczyło poprawnych rozwiązań zarówno w obrębie interfejsu, jak i po obu jego stronach, jednak z jednym istotnym warunkiem: fala musi poruszać się w jednym, określonym kierunku – do przodu, co wiąże się z czasem.

Opracowane równanie sugeruje jednak, że strzałka czasu nie jest jedynie wynikiem procesów termodynamicznych, ale może być fundamentalną właściwością natury, którą powinni przestrzegać nawet elementarne zjawiska, takie jak rozchodzące się światło.

Oznacza to, że czas nie jest tylko abstrakcyjnym pojęciem związanym z materią, ale może mieć głębsze, fizyczne zakorzenienie w samych zasadach, które rządzą światem, takich jak sposób, w jaki światło przemieszcza się przez przestrzeń. Strzałka czasu staje się zatem nie tylko efektem makroskalowych procesów, ale także nieodłącznym elementem podstawowych zjawisk fizycznych.

W kontekście tego wniosku, badacze rozważają, że podróże w czasie do przeszłości mogą być niemożliwe, ponieważ strzałka czasu zawsze zmierza w jednym kierunku. Praca ta łączy zagadnienia optyczne z głębszymi pytaniami o naturę czasu, rzucając nowe światło na nasze rozumienie tej fundamentalnej kwestii.