शोधकर्ताओं ने प्रकाश की प्रकृति में नई अंतर्दृष्टि प्रकट करने के लिए आम तौर पर मूर्त वस्तुओं पर लागू होने वाले 350 साल पुराने यांत्रिक प्रमेय का उपयोग किया है। भौतिक द्रव्यमान के बराबर प्रकाश की तीव्रता की व्याख्या करके, उन्होंने प्रकाश को एक ऐसी प्रणाली पर मैप किया, जिस पर स्थापित यांत्रिक समीकरण लागू किए जा सकते थे। यह दृष्टिकोण प्रकाश तरंगों के गैर-क्वांटम उलझाव की डिग्री और उनके ध्रुवीकरण की डिग्री के बीच सीधा संबंध प्रकट करता है। ये निष्कर्ष प्रकाश की तीव्रता के अधिक प्रत्यक्ष माप के माध्यम से जटिल ऑप्टिकल और क्वांटम गुणों की समझ को सरल बना सकते हैं।
स्टीवंस इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं ने प्रकाश तरंगों के नए गुणों को प्रकट करने के लिए पेंडुलम और ग्रहों के व्यवहार का वर्णन करने के लिए मूल रूप से इस्तेमाल की जाने वाली 350 साल पुरानी प्रमेय को लागू किया है।
जब से 17वीं शताब्दी में आइजैक न्यूटन और क्रिस्टियान ह्यूजेंस ने प्रकाश की प्रकृति पर बहस की, तब से वैज्ञानिक समुदाय इस सवाल से जूझ रहा है: क्या प्रकाश एक तरंग है या एक कण-या, क्वांटम स्तर पर, एक तरंग या एक कण है? अब, स्टीवंस इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं ने प्रकाश तरंगों के कुछ सबसे जटिल व्यवहारों को समझाने के लिए, 350 साल पुराने यांत्रिक प्रमेय का उपयोग करके - जिसका उपयोग अक्सर पेंडुलम और ग्रहों जैसी बड़ी भौतिक वस्तुओं की गति का वर्णन करने के लिए किया जाता है - दोनों विचारों के बीच एक नए संबंध का खुलासा किया है।
प्रकाश गुणों के बीच संबंध प्रकट करना
स्टीवंस विश्वविद्यालय में भौतिकी के सहायक प्रोफेसर कियान शियाओफेंग के नेतृत्व में यह शोध कार्य 17 अगस्त को ऑनलाइन प्रकाशित जर्नल फिजिकल रिव्यू रिसर्च में प्रकाशित हुआ था। यह पहली बार साबित हुआ कि प्रकाश तरंगों के गैर-क्वांटम उलझाव की डिग्री और उनके ध्रुवीकरण की डिग्री के बीच सीधा पूरक संबंध है। जैसे ही एक ऊपर जाता है, दूसरा नीचे जाता है, इसलिए उलझाव की डिग्री का अनुमान सीधे ध्रुवीकरण की डिग्री से लगाया जा सकता है, और इसके विपरीत। इसका मतलब यह है कि मापने में कठिन ऑप्टिकल गुण जैसे कि आयाम, चरण और सहसंबंध, और यहां तक कि क्वांटम तरंग प्रणालियों के गुण, मापने में बहुत आसान चीज़ से प्राप्त किए जा सकते हैं: प्रकाश की तीव्रता।
स्टीवंस इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के भौतिकविदों ने पेंडुलम और ग्रह कैसे काम करते हैं, यह समझाने के लिए 350 साल पुराने प्रमेय का उपयोग करके प्रकाश तरंगों के नए गुणों का खुलासा किया है। छवि स्रोत: स्टीवंस इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी
"एक सदी से भी अधिक समय से, हम जानते हैं कि प्रकाश कभी-कभी एक लहर की तरह व्यवहार करता है और कभी-कभी एक कण की तरह व्यवहार करता है, लेकिन इन दोनों रूपरेखाओं में सामंजस्य बिठाना बेहद मुश्किल साबित हुआ है, और हमारा काम समस्या का समाधान नहीं करता है - लेकिन यह दर्शाता है कि लहर और कण अवधारणाओं के बीच न केवल क्वांटम स्तर पर, बल्कि शास्त्रीय प्रकाश तरंगों और बिंदु द्रव्यमान प्रणालियों के स्तर पर भी गहरे संबंध हैं," कियान योंगजियान ने कहा।
ह्यूजेन्स के यांत्रिक प्रमेयों को प्रकाश में लागू करना
टीम ने पेंडुलम पर 1673 की किताब में मूल रूप से ह्यूजेंस द्वारा प्रस्तावित एक यांत्रिक प्रमेय का उपयोग किया, जो बताता है कि किसी वस्तु को घुमाने के लिए आवश्यक ऊर्जा वस्तु के द्रव्यमान और घूर्णन की धुरी के साथ कैसे भिन्न होती है। "यह एक अच्छी तरह से स्थापित यांत्रिक प्रमेय है जो बताता है कि भौतिक प्रणालियाँ जैसे घड़ियाँ या कृत्रिम अंग कैसे काम करते हैं। लेकिन हम यह दिखाने में सक्षम थे कि यह प्रकाश कैसे काम करता है इसके बारे में नई अंतर्दृष्टि भी प्रदान कर सकता है।"
यह 350 साल पुराना प्रमेय द्रव्यमान और उनके घूर्णी गति के बीच संबंध का वर्णन करता है, तो इसे प्रकाश पर कैसे लागू किया जा सकता है जब मापने के लिए कोई द्रव्यमान ही नहीं है? कियान की टीम ने प्रकाश की तीव्रता की व्याख्या एक भौतिक वस्तु के द्रव्यमान के बराबर की और फिर इन मापों को एक समन्वय प्रणाली पर मैप किया जिसे ह्यूजेंस के यांत्रिक प्रमेयों का उपयोग करके समझाया जा सकता है। मूल रूप से, उन्होंने एक ऑप्टिकल प्रणाली को बदलने का एक तरीका खोजा ताकि इसे एक यांत्रिक प्रणाली के रूप में देखा जा सके और फिर पूर्ण भौतिकी समीकरणों का उपयोग करके इसका वर्णन किया जा सके।
एक बार जब टीम ने एक यांत्रिक प्रणाली के हिस्से के रूप में प्रकाश तरंगों की कल्पना की, तो उनके गुणों के बीच नए संबंध तुरंत स्पष्ट हो गए - जिसमें उलझाव और ध्रुवीकरण के बीच एक स्पष्ट संबंध भी शामिल था।
कियान योंगजियान ने कहा: "यह पहले कभी प्रदर्शित नहीं किया गया है, लेकिन एक बार जब प्रकाश के गुणों को एक यांत्रिक प्रणाली में मैप किया जाता है, तो यह बहुत स्पष्ट हो जाता है। जो एक बार अमूर्त था वह ठोस हो जाता है: यांत्रिक समीकरणों का उपयोग करके, 'द्रव्यमान के केंद्र' और अन्य यांत्रिक बिंदुओं के बीच की दूरी को वास्तविक रूप से मापा जा सकता है, इस प्रकार प्रकाश के विभिन्न गुणों के बीच संबंध दिखाया जा सकता है।"
इन संबंधों को स्पष्ट करने के महत्वपूर्ण व्यावहारिक निहितार्थ हो सकते हैं, जिससे ऑप्टिकल सिस्टम - यहां तक कि क्वांटम सिस्टम - के सूक्ष्म और मापने में मुश्किल गुणों को प्रकाश की तीव्रता के सरल, अधिक विश्वसनीय माप से प्राप्त किया जा सकता है। अधिक अनुमानतः, टीम के निष्कर्ष बताते हैं कि क्वांटम तरंग प्रणालियों के अजीब और जटिल व्यवहार को अनुकरण करने और बेहतर ढंग से समझने के लिए यांत्रिक प्रणालियों का उपयोग करना संभव हो सकता है।
"यह अभी भी हमारे सामने है, लेकिन इस पहले अध्ययन के साथ, हमने स्पष्ट रूप से दिखाया है कि यांत्रिक अवधारणाओं को लागू करके ऑप्टिकल सिस्टम को पूरी तरह से नए तरीके से समझना संभव है। आखिरकार, यह शोध दुनिया को समझने के हमारे तरीके को सरल बनाने में मदद करता है, जिससे हमें प्रतीत होता है कि असंबंधित भौतिक कानूनों के बीच आंतरिक संबंधों को पहचानने की इजाजत मिलती है," कियान योंगजियान ने कहा।