Закрученные лазерные лучи могут передавать информацию с помощью гравитационных волн

Недавнее исследование показывает возможность использования закрученных лазерных пучков для создания гравитационных волн — с помощью пучков Бесселя. Это достижение может привести к созданию систем связи с более надежной и эффективной передачей данных. Кроме того, оно может стать новым инструментом для изучения сложных астрофизических явлений.

Неустанное изучение возможностей связи заставило ученых обратиться к астрофизическим явлениям, таким как гравитационные волны, для поиска новых методов передачи информации. В связи с этим в недавнем исследовании рассматривается возможность использования закрученных лазерных пучков для генерации управляемых гравитационных волн, что открывает новую главу в исследованиях в области физики и коммуникационных технологий.

В данном исследовании, проведенном под руководством Университета Гренобль-Альпы (Франция), изучаются возможности пучков Бесселя в высокочастотном режиме и рассматриваются последствия применения этой технологии для эффективной передачи защищенных сообщений. Работа размещена на платформе препринтов arXiv и ожидает рецензирования.

Новая область исследований

Гравитационные волны — явление, предсказанное общей теорией относительности Эйнштейна, — представляют собой пульсации в пространстве-времени, возникающие при ускоренном движении массивных объектов, таких как черные дыры. Они являются предметом интенсивных исследований, направленных на раскрытие некоторых тайн нашей Вселенной.

В этом контексте исследование, проведенное под руководством Киллиана Мартино и его коллег, отличается новизной подхода. Исследователи изучили возможности закрученного света — формы света, обладающей орбитальным угловым моментом, — генерировать гравитационные волны в высокочастотном режиме. В частности, в их исследовании рассматривались пучки Бесселя — решения уравнений Максвелла, описывающих электромагнитные волны.

Пучки Бесселя

Бесселевы пучки получили свое название от имени математика Фридриха Бесселя из-за их связи с функциями Бесселя, которые являются решениями дифференциального уравнения Бесселя.

В отличие от обычных гауссовых лучей, которые рассеиваются с расстоянием, лучи Бесселя обладают замечательным свойством — они способны меняться после столкновения с препятствием, что делает их недифракционными. Это свойство означает, что пучки Бесселя могут сохранять свою форму на больших расстояниях без рассеяния, что особенно полезно в различных приложениях, таких как микроскопия, манипулирование частицами и, как уже упоминалось, генерация гравитационных волн.

Бесселевы пучки могут быть получены с помощью специальных оптических элементов — аксиконов, которые преобразуют гауссовы пучки в пучки Бесселя. Уникальные свойства пучков Бесселя, такие как способность распространяться без дифракции и восстанавливаться после препятствий, делают их чрезвычайно ценными в области физики и прикладной оптики, позволяя применять новые подходы и эксперименты в изучении света и электромагнитных волн.

Закрученный свет и гравитационные волны

Завитые лазерные пучки — это новая технология, использующая световые пучки с орбитальным угловым моментом, позволяющим фотонам двигаться по спиральной траектории. Эта уникальная особенность позволяет закрученным лазерам переносить значительное количество энергии, что делает их особенно интересными для генерации гравитационных волн.

Специфические свойства генерируемых гравитационных волн, такие как частота, состояние поляризации и направление излучения, могут быть модулированы. Исследователи могут регулировать параметры лазерного импульса, такие как его длительность и интенсивность, а также оптические схемы, чтобы точно управлять этими свойствами. Это означает, что теоретически ученые могут создавать гравитационные волны с нужными характеристиками для конкретных приложений.

Будущие последствия

Способность манипулировать гравитационными волнами в малых масштабах открывает широкие возможности в различных областях исследований. В фундаментальной физике это может позволить проверить и подтвердить теории, касающиеся природы пространства-времени и гравитации.

В области связи уникальные свойства гравитационных волн, такие как их способность проходить сквозь материю, не изменяясь, могут позволить создавать чрезвычайно безопасные и эффективные системы связи. Передаваемая таким образом информация будет невосприимчива к помехам и подслушиванию, что обеспечит непревзойденный уровень безопасности при передаче информации.

Кроме того, гравитационные волны, являясь космическими посланниками, могут дать ценную информацию о небесных объектах и астрофизических явлениях, недоступную при использовании традиционных методов наблюдения. Таким образом, ученые могут косвенно изучать пока еще неизученные космические явления.