Čas je divná dimenze časoprostoru. Na rozdíl od svých prostorových protějšků to je, alespoň jak čas známe, jednosměrná ulice. Čas tiká jenom jedním směrem. Vědci si již dlouho uvědomují, že čas má své zvláštnosti. Přesto ale měl čas jako dimenze vždy podstatně méně pozornosti než prostorové dimenze, snad kvůli obtížné uchopitelnosti.
V poslední době se ale pohled na časovou dimenzi mění, především díky rychlému pokroku ve výzkumu časových a prostoročasových krystalů, podivuhodných objektů s opakujícími se strukturami v čase a prostoru. Fyziky tyto krystaly inspirují k přehodnocení role času, kterou by měl hrát v našem chápání fyziky. Mimo jiné řeší otázku, proč je vlastně čas jedinečný a jak to uplatnit v nových aplikacích.
Tým odborníků německé Universität Rostock a britské University of Birmingham nedávno v tomto směru dospěl k významnému objevu. Při jejich experimentech se světlo jevilo jako „přilepené“ k jedinému bodu v časoprostoru. Podle vedoucího výzkumu Alexandera Szameita z Universität Rostock to je jako kouzlo. Nejdřív není nic. Pak fyzika najednou vyčaruje světlo a světlo skutečně existuje, v jednom přesném okamžiku v čase a bodu v prostoru.
Jde o kratičké záblesky světla, které nejsou náhodné, ale mají hluboké matematické kořeny. Jak vysvětluje Hannah Priceová z University of Birmingham, topologie, možná spíše abstraktní, ale současně velmi základní odvětví matematiky, zde ve skutečnosti zahrnuje určité fyzické chování.
Vzhledem k tom, a také kvůli jednosměrné povaze času, vykazují tyto takzvané časoprostorové topologické události pozoruhodnou odolnost proti vnějším poruchám. Ukázalo se, že jsou chráněné vůči náhodně chybným experimentálním parametrům a také vůči rušivému světlu.
Joshua Feist z Universität Rostock k tomu dodává, že časoprostorové topologické události jsou tím pádem odolné vůči tomu, s čím mají problém všechny doposud známé stavy světla.
Vědci zjistili, že tento typ ochrany, kterým disponují časoprostorové topologické události, by mohl být velmi žádoucí, protože by mohl účinně tvarovat světelné vlny pro aplikace jako zobrazování, komunikace nebo lasery. Výzkum Szameitova týmu rovněž otevírá dveře dalším objevům. O dimenzi času ještě určitě uslyšíme.
Video: Das Institut für Physik - AG Prof. Dr. Alexander Szameit
Literatura
Vědci stvořili časové krystaly a zároveň novou formu hmoty
Autor: Stanislav Mihulka (29.01.2017)
Fyzici stopují časové krystaly v běžných krystalech pro děti
Autor: Stanislav Mihulka (05.05.2018)
Nové časové krystaly mají 10milonkrát delší životnost
Autor: Stanislav Mihulka (04.03.2024)
Krystalizování času: Fyzici poprvé vytvořili časové kvazikrystaly
Autor: Stanislav Mihulka (20.03.2025)
Diskuze:
Tak jsem si to nechal vysvětlit umělou inteligencí
Martin Redl,2025-04-25 10:54:33
Tyto koncepty se velmi často a úspěšně aplikují na chování světla v uměle vytvořených strukturách. Tento obor se nazývá topologická fotonika.
Analogie: Podobně jako elektrony v pevných látkách mají své energetické pásy a mezery, světlo šířící se v periodických strukturách (jako jsou fotonické krystaly nebo vlnovodné mřížky) má také své "pásy" povolených frekvencí (energie) a vlnových vektorů (hybnosti) a "mezery", kde se světlo šířit nemůže.
Energie a Hybnost v kontextu světla:
Energie (E) na svislé ose grafů odpovídá frekvenci (ω) světla (E = ħω, kde ħ je redukovaná Planckova konstanta).
Hybnost (k) na vodorovné ose odpovídá vlnovému vektoru světla, který popisuje směr a prostorovou periodu vlny.
Topologické stavy světla
Obrázek
Prostorová topologie: Může popisovat fotonický krystal nebo vlnovod, který má netriviální topologii. Na rozhraní mezi dvěma takovými materiály (nebo na okraji jednoho) mohou existovat topologicky chráněné světelné stavy (edge states). Tyto stavy jsou lokalizovány v prostoru (např. na povrchu nebo podél rozhraní) a světlo se jimi může šířit jedním směrem bez rozptylu na nedokonalostech. Spodní obrázek by znázorňoval světlo "uvězněné" a šířící se podél prostorového rozhraní v čase.
Časová topologie: Může popisovat fotonický systém, jehož vlastnosti jsou periodicky měněny v čase (např. modulací indexu lomu). To může vést ke stavům lokalizovaným v čase na "časových rozhraních" (náhlých změnách v modulaci). Spodní obrázek by znázorňoval světelný puls nebo stav, který existuje jen v určitém časovém "okně" nebo na přechodu mezi dvěma časovými režimy, ale je rozprostřený v prostoru.
Prostorově-časová topologie: Kombinuje oba aspekty. Mohlo by jít o systémy, kde se vlastnosti materiálu mění jak v prostoru, tak v čase, což vede k ještě exotičtějším stavům světla lokalizovaným v konkrétních bodech nebo liniích prostoročasu.
I když tyto diagramy mohou popisovat i elektrony, jsou velmi relevantní a často používané pro popis chování světla v rámci topologické fotoniky. Ukazují, jak lze principy topologie využít k ovládání a manipulaci se světlem novými způsoby, což vede k robustním světelným stavům lokalizovaným v prostoru, čase, nebo obojím.
A teda vo co go?
Aleš Okon,2025-04-25 07:46:29
Přijde mi, že článek chodí jen kolem horké kaše, ale ochutnat nám ji nedá. Buď špatně čtu, nebo tam ta převratná podstata není popsána.
Časoprostorové topologické události
Jiří Brtnický,2025-04-25 06:59:29
Přiznám bez mučení, že článku příliš nerozumím. Možná kdyby se to trochu rozvedlo, odkud se objeví světlo, co vypadá jako přilepené k jednomu bodu v časoprostoru a tak podobně.
Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni
