Физики Технического университета Вены экспериментально доказали кажущийся парадоксальным феномен: вне зависимости от прозрачности объекта, средний путь света, который он проходит сквозь него, всегда будет одинаковым.

Когда свет проходит через стакан молока, он проникает внутрь жидкости, непредсказуемым образом рассеивается в ней на бесчисленные частицы и снова выходит из стакана, а молоко кажется белым. Путь, который выбирают лучи света, зависит от непрозрачности жидкости: прозрачное вещество дает свету возможность двигаться по прямой линии, а мутное заставляет его множество раз отражаться, перемещаясь сложными зигзагами. Тем не менее, среднее расстояние, которое проходит свет, в обоих случаях будет одинаковым.

Профессор Штефан Роттер и его команда сделали это парадоксальное предположение три года назад, а теперь, вместе с французскими коллегами, смогли подтвердить эту теорию экспериментально. Результат их работы был опубликован в журнале Science.

В чистой, полностью прозрачной жидкости частицы света движутся вдоль прямых линий, пока не покинут ее пределы с противоположной стороны. В случае замутненной жидкости, однако, лишь немногие фотоны достигают противоположной стороны, большинство же проникают ненамного вглубь поверхности, рассеиваются там и выходят наружу, так что их траектория оказывается намного короче.

«Математически можно доказать, что эти два эффекта, как ни странно, уравновешивают друг друга, — говорит Роттер. — Средний путь внутри жидкости всегда тот же — вне зависимости от того, прозрачная жидкость или нет».

В ходе эксперимента в сосуд с водой добавили наночастиц и направили на него луч света. Наночастицы продолжали двигаться в воде и без конца рассеивали свет, заставляя сосуд светиться изнутри. Ученые аккуратно измерили и проанализировали этот эффект и убедились, траектория остается приблизительно одинаковой, будь то прозрачная вода или мутная жидкость, пишет Phys.org.

«Это универсальный закон, который в принципе относится к любому виду волн, — говорит Роттер. — Те же правила, которые касаются света в непрозрачной жидкости, действуют и на звуковые волны, распространяющиеся в крошечных объектах в воздухе или даже в гравитационных волнах, движущихся через галактики. Базовая физика не меняется».

Недавно испанские физики нашли объяснение еще одному парадоксу, известному еще со времен Аристотеля — что иногда горячая жидкость может замерзать быстрее холодной. Кроме того, этот «эффект Мпембы» бывает и обратным: при нагревании более холодный образец может достичь высокой температуры быстрее, чем теплый.