Физики из технологического университета Гонконга в эксперименте доказали, что даже единичные фотоны не могут двигаться со скоростью выше скорости света в вакууме, что делает путешествия во времени еще менее возможными, чем считалось ранее.

В статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, профессор Шэн Ван Ду (Shengwang Du) и его коллеги представили результаты проверки некоторых прежних научных данных, согласно которым единичный фотон может в определенных условиях двигаться быстрее скорости света в вакууме.

В январе 2010 года Наталья Боржемская (Natalia Borjemscaia) из Объединенного квантового института и ее коллеги описали в журнале Optics Express результаты изучения распространения света сквозь тонкие слои диэлектрических материалов, имеющих разные показатели преломления.

Группа Боржемской обнаружила, что немногие фотоны, которые сумели «пробраться» сквозь 30 80-нанометровых слоев диэлектрика, проходили сквозь эту пачку примерно за 12 фемтосекунд. При этом добавление еще одного диэлектрического слоя с низким коэффициентом преломления увеличивало время на дорогу почти на 4 фемтосекунды (хотя если бы это зависело только от толщины слоя и коэффициента преломления, это значение составляло бы не более 0,6 фемтосекунды).

Однако когда к «пачке» толщиной 2,6 микрона добавили слой с высоким коэффициентом преломления, фотоны стали пролетать через этот слой на 5,3 фемтосекунды быстрее. Из этого следовало, что отдельные фотоны имели сверхсветовую скорость.

Авторы работы отмечали, что в этом случае речь не идет о нарушении специальной теории относительности Эйнштейна – фотоны, «выскакивающие» раньше срока, возникали в результате взаимодействия световых импульсов в слоях диэлектриков, и если бы удалось поймать именно те фотоны, которые вошли с другой стороны, то они пришли бы «вовремя».

Исследователи из Гонконга впервые измерили скорость так называемых оптических прекурсоров единичного фотона – волн, возникающих перед световыми импульсами. До сих пор никому не удавалось зафиксировать прекурсоры единичного фотона.

В эксперименте физики генерировали два единичных фотона, которые потом пропускали сквозь группу охлажденных лазером атомов рубидия, в результате чего им удалось зафиксировать прекурсоры. Затем ученые установили, что скорость прекурсоров не превысила скорость света в вакууме, доказав таким образом незыблемость теории относительности.

Таким образом им удалось показать, что даже для единичного фотона сохраняется ограничение скорости в 300 тысяч километров в секунду. Ранее данные о том, что существуют среды со «сверхсветовыми» свойствами породили надежды, что фотоны могут перемещаться со сверхсветовой скоростью и нарушать тем самым закон причиннности, что означает теоретически возможность путешествий во времени.

Однако теперь измерения физиков из Гонконга закрыли эту теоретическую «лазейку».