Čas a prostor nově. Kredit: A. Szameit/ Universität Rostock.

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.

Alexander Szameit (vpravo). Kredit: Universität Rostock / ITMZ.

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.

Topologie prostoru, času a časoprostoru. Kredit: Feis et al. (2025), Nature Photonics.

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

Phys.org 23. 4. 2025.

Nature Photonics online 4. 4. 2025.