Как ученые нашли способ «обмануть» третий закон Ньютона

Начиная с конца 17-го столетия людям было известно, что всякое воздействие вызывает ответное противодействие, равное ему по значению и противоположное по направлению. Это определено третьим законом Ньютона — одним из основополагающих законов классической механики, которым подчиняется движение всех материальных объектов на свете. Но группа ученых из университета Эрлангена-Нюрнберга (University of Erlangen-Nuremberg) в Германии придумала уловку и реализовала ее в виде экспериментальной установки, в которой фотоны света, сталкиваясь дуг с другом, ускоряют сами себя, что является «вопиющим» нарушением третьего закона Ньютона. И, несмотря на такой парадокс, это явление в полной мере можно будет использовать для создания более быстрой электроники, фотонных и фотонно-электронных вычислительных устройств.

Для нарушения Третьего закона Ньютона требуется использование уникальных частиц, обладающих положительными и отрицательными массами. До последнего времени ученые не встречали частиц с отрицательной массой и не верили в возможность создания экзотического набора условий, при которых масса обычной частицы приняла бы отрицательное значение. Уловка, которую реализовали немецкие ученые-физики, весьма непроста, в нее вовлечена «игра» с массой фотонов, частиц света, обладающих нулевой массой покоя.

То, что удалось сделать немецким ученым, называется оптический диаметральный двигатель. В основе принципа действия диаметрального двигателя лежит столкновение двух объектов, одного с положительной, а второго — с отрицательной массой. При столкновении таких экзотических объектов они оба ускоряются в одном направлении. В 1990-х годах ученые НАСА уже пытались создать диаметральный двигатель, предназначенный для использования в космических аппаратах. Но они потерпели в этом деле неудачу из-за того, что им не удалось получить или создать объекты или частицы, обладающие отрицательной массой.Справедливости ради стоит отметить, что и немецким ученым не удалось получить реальные частицы с отрицательной массой. Вместо этого, для того, чтобы обойти один из основополагающих законов физики и квантовой механики, они использовали понятие так называемой «эффективной» массы фотона, которая может принимать отрицательное значение. Под эффективной массой в данном случае подразумевается способность частиц реагировать с определенной силой на воздействия других внешних сил.

Экспериментальная установка, созданная немецкими учеными, состоит из двух колец оптоволоконного светопровода, имеющих одну общую область пересечения. Диаметры колец отличаются друг от друга и имеют строго определенный размер, который был рассчитан на компьютере при использовании специально разработанной математической модели. Как можно увидеть на приведенном рисунке, импульсы лазерного света подаются в определенном месте внутрь световода большого кольца. После этого луч света разделяется и фотоны света начинают циркулировать по обоим кольцам, затрачивая на прохождение одного оборота различное время. Если не вдаваться в физические и математические дебри происходящих процессов, можно сказать, что именно разница во времени прохождения одного оборота обуславливает изменение на противоположное эффективной массы фотонов одного потока относительно эффективной массы фотонов другого потока. И в результате этого, при столкновении фотонов в точке пересечения световодов оба импульса света ускоряются в одном направлении.

Само собой разумеется, идея такого ускорения импульса лазерного света имеет огромную перспективу в любых областях, где используется передача данных по оптоволоконным кабелям. Используя «разогнанные» импульсы света можно увеличить скорости передачи информации в коммуникационных каналах и оптических линях, которые связывают в единое целое узлы суперкомпьютеров и обычных компьютеров, увеличивая, тем самым, их вычислительную мощность. Только не стоит забывать, что данная технология только находится на самой ранней экспериментальной стадии, и не стоит рассчитывать, что в самом скором времени за счет ее применения ваш планшетный компьютер сможет чувствительно прибавить в производительности.