真空中では、光は常に秒速299,792,458メートルの一定速度で進んでいます。 物理学者によって示されるように、この定数cより速く進むものはない。 この2つの仮定は現代物理学の基本的な構成要素であり、100年以上前にアルバート・アインシュタインによって初めて発表された。
そう、光より速く移動できるものはない、しかし…
光が真空以外の媒質を通過するとき、それは減速されます。 たとえば、光が水や空気の中を伝播するとき、その速度は遅くなります。 これは、光は異なる物質を構成する分子から散乱するためです。 光子の速度が遅くなるわけではありません。 しかし、光子は電子に吸収され、再放出されながら媒質を通過します。 水などの一部の物質では、光の速度は電子の速度よりも遅くなります。 したがって、水中の電子は、水中では光よりも速く移動することができる。 しかし、c.
場合によっては、鈍重な光は非常に興味深い物理現象を生み出すことがあります。 ソニックブームについて聞いたことがあるのではないでしょうか。 通常の」亜音速の航空機は、翼の周りで滑らかに空気をそらせます。 しかし、音速を超える超音速機（秒速340m以上）の場合、たわんだ空気よりはるかに速い速度で動く。 その結果、急激な圧力変化や衝撃波が発生し、音速で円錐状に航空機から遠ざかるように伝播します。
Dr. Manhattan
屈折率nの媒質における光の位相速度はv
light = c/nです。 水の屈折率は約1.3ですから、水中での光の速度は真空中の光の速度よりかなり小さくなります。 電子だけでなく、他の粒子も異なる媒質中を光よりも速く移動することができます。 荷電粒子が媒質中を光よりも速く移動すると、微弱な放射線が発生する。 例えば水中では、荷電粒子が水分子を励起し、水分子は青い光を放ちながら正常な状態に戻る。 この光は、相互作用が起こった領域の前方に円錐状に伝播し、ソニックブームと類似している。
この効果はチェレンコフ放射として知られ、1934年にパベル・チェレンコフが液体中の放射能の影響を調べるよう依頼されたとき、かすかな青い光として観測されました。 原子炉に携わる人は、この青白い光をよく目にすることができる。 大衆文化では、レーン・ムーアの古典的なグラフィック小説「ウォッチメン」の強力なドクター・マンハッタンは、常に青い光に包まれています。
この議論は、「光をどれだけ遅くできるか」という疑問を投げかけるものです。com
常に一定である光の速度を実際に速くしたり遅くしたりすることはできませんが、科学者は、光がさまざまな媒体を通過するのにかかる時間を操作することに成功しています。 室温では、原子は信じられないほど速く、ビリヤードの玉のように振舞って、相互作用すると互いに跳ね返ります。 温度を下げると（温度は原子の動きを反映する）、原子や分子の動きは鈍くなる。 最終的に、絶対零度から0.000001度まで上がると、原子は非常に密になり、1つの超原子のように一体となって振る舞うようになる。 これは量子力学の領域なので、多くの奇妙な現象が起こることを覚悟してください。
これは実際には、ボーズ-アインシュタイン凝縮として知られる、液体、気体、固体、プラズマといった日常的に観察できる状態とは似ていない、明確な物質状態です。 略して BEC は、1920 年代にアルバート・アインシュタインとインドの物理学者 Satyendra Bose によって初めて予測されましたが、科学者がこの極限状態の物質が発生するための必要条件を作り出すことができたのは、非常に遅い 1995 年でした。
1999年に、ハーバード大学の Lene Vestergaard Hau 教授は、わずか 1/125 インチ長のほとんど動かないナトリウム原子の雲にレーザービームを向けました。 まず、カップリングビームと呼ばれる最初のビームを雲に照射し、雲を透明にする。 屈折とは、波が速度の異なる媒質に入ったときに曲げられることです。 光が速い媒質から遅い媒質へ通過するときの屈折は、光線を2つの媒質の境界の法線方向に曲げる。 曲げの量は2つの媒質の屈折率に依存し、スネルの法則によって定量的に記述される」出典:Snell’s Law: 出典：Hyperphysics.5981>
2番目のレーザービーム、プローブパルスは、光ファイバーのガラスの屈折率よりも100兆倍高い、今や透明なガスの雲を通って発射されます。 この条件下で、光は時速38マイルという驚異的なスピードで這うのです。 馬のほうが速い。
浮遊する光
その成功に甘んじることなく、ハウ教授は、光を止めるという究極の地点まで突き詰めた。 光を完全に停止させるために、科学者たちは、似たような、しかしはるかに強力な効果を利用しました。 磁気的に捕捉されたナトリウム原子のガスを、絶対零度（-273℃）の数百万分の1以下にまで冷却したのである。 実験装置は最初の試みとよく似ているが、今回はプローブレーザーが雲に照射されたままカップリングレーザーを止めると、プローブパルスが停止してしまうのである。 その後、カップリングレーザーを再び照射すると、プローブパルスは無傷で現れ、まるで再出発を待っていたかのようになる。 驚くべきことだ。 この発見は、同じ年 (2001 年) に、ケンブリッジにあるハーバード・スミソニアン天体物理学センターのロナルド・ウォルズワース博士によって再現されました (注1)。 両グループの光子は同時に発射されましたが、形状を変えていない光子の方が、約0.001パーセント、形状を変えた光子に勝ってゴールしました」phys.org
それ以来、さまざまなマイルストーンが設定されています。 2013年、ドイツのダルムシュタット大学の研究チームは、結晶構造の内部で光を完全に停止させ、その状態を1分間維持した。 さらに、このトラップを使って、3本のストライプからなる画像を保存し、その後取り出すことに成功した。 “我々は、光ビームに複雑な情報を刻印できることを示した “と、主任研究者のGeorge Heinze氏は語った。 2015年、グラスゴー大学の研究者達は、媒体を通さずに光速を遅くする方法を発見しました。 彼らは、光を特殊なマスク、つまりビームをガウシアンまたはベッセルビームに成形するフィルターに通すことによって、本質的に間接的にその速度を変えました。
光が媒体、たとえばガラス、水、またはフィルターを作ることができるあらゆる種類の材料を通過した後、光はその通常の定数に速度を戻すことになっています。 この実験では、光はその形状を変えることによって、cよりも遅い速度で進むようにできることが示されました。 これは、本来あるべき速度より0.001パーセント遅かったのです。 光にブレーキをかけるほど感動的ではありませんが、それでも魅力的です。 4967>
もちろん、これらの「ギミック」には実用的なアプリケーションもあります。 量子コンピュータや量子通信の応用などです。 しかし、このような画期的な科学は、ただ単にそのためだけにやっているようにしか思えません。