Új megvilágításban a fény természete * mínuszos.hu

A Cheyney Design and Development által támogatott kutatás új megvilágításba helyezi a fény természetét, összekapcsolva Maxwell és Einstein elméleteit.

A Cheyney Design and Development a röntgenvizsgálati és képalkotó technológiák piacvezetője. Egy új kutatás, amelyet támogattak érdekes nézőpontot kínál a fény természetéről. Dhiraj Sinha, a Plaksha Egyetem munkatársa, az Annals of Physics című folyóiratban publikált egy cikket, amelyben kapcsolatot teremt enek James Clerk Maxwell és Albert Einstein látszólag különálló fényelméletei között. A munka megkérdőjelez egyes régóta fennálló tudományos hiedelmeket, és összeköti a fény klasszikus és kvantumelméleteit. Sinha egy korábbi, a Physical Review Letters-ben publikált cikkében kimutatta, hogy a sugárzás az elektromágneses mező szimmetriasértésének eredménye. A Cheyney által finanszírozott ötlet egységes perspektívát kínál a rádiótól az optikai frekvenciákig terjedő sugárzásra. Ez bizonyítja a vállalat elkötelezettségét az átalakító tudományos innováció előmozdítása iránt.

A fény titka

A fény valódi természete továbbra is a természet egyik legnagyobb rejtélye. Maxwell 1865-ben elméletileg bebizonyította, hogy a fény elektromágneses hullám. Ezt Heinrich Hertz 1887-ben kísérletileg is igazolta. Ezt követően széles tudományos konszenzus alakult ki a fény természetéről. Einstein 1905-ben magyarázta a fotoelektromos hatást. Ez a hatás során elektronok keletkeznek, amikor fény esik egy fémlemezre.

Einstein feltételezte, hogy a fény energiacsomagokból, azaz fotonokból áll. Ezek energiája arányos a frekvenciájukkal. Ez a magyarázat megfejtette az elektronok energiafüggését a fény frekvenciájától a fotoelektromos hatásban. Ez vezetett ahhoz a szélesebb körű elfogadottsághoz, hogy a fény kettős természetű. Hullámként viselkedik szabad térben, és részecskeként, amikor anyaggal lép kölcsönhatásba.

Maxwell és Einstein elméleteinek egyesítése

Több mint egy évszázada a tudósok úgy vélték, hogy Maxwell elektromágneses térelmélete nem magyarázza, hogyan gerjeszti a fény az elektronokat. Sinha a legújabb munkájában felvetette, hogy a fény időben változó mágneses tere elektromos potenciált generál. Ez gerjeszti az elektronokat. Az indukált elektromos potenciál matematikailag dj/dt-ként definiálható. Itt dj a sugárzás mágneses fluxusának differenciális változása, dt pedig az idő differenciális változása. Így az energiatranszfer kifejezése egy e töltésű elektronra W=edj/dt. Az energia frekvenciatartományú vagy fázor reprezentációja ejw, ahol w a fény szögtávolsági frekvenciája. (A fázor egy komplex szám, ami egy szinuszosan oszcilláló mennyiség -például feszültség, áram, vagy más hullám- amplitúdóját, frekvenciáját és fázisát reprezentálja. A -szerk- megj.)

Sinha ezt Einstein fotonenergiájának kifejezésével, ħw-vel korrelálta, ahol a ħ a redukált Planck-állandó. Így kimutatta, hogy a sugárzási mező mágneses fluxusa a Maxwell-Faraday klasszikus elektromágnesesség egyenletével összhangban gerjeszti az elektronokat. A Sinha által felállított elméleti keretrendszer szerint a fotonok természetesen előtörnek Maxwell mezőiből. Feltételezi a mágneses fluxus kvantálását. Ezt megfigyelték szupravezető hurkokban és kétdimenziós elektrongáz rendszerekben is. Így a fény-anyag kölcsönhatás Maxwell mezőinek felhasználásával magyarázható.

Vezető fizikusok támogatása

Az ötletet számos vezető fizikus támogatja. Jorge Hirsch, a San Diegó-i Kaliforniai Egyetem fizikaprofesszora támogató levelet írt a szerkesztőbizottság tagjainak. Steven Verrall, a Wisconsin-La Crosse-i Egyetem korábbi oktatója szerint Sinha új, félklasszikus megközelítést kínál a kvantumrendszerek modellezésére. Úgy gondolja, egyedi megközelítése értékes betekintést nyújthat az alacsony energiájú fizika félklasszikus effektív térelméleteinek folyamatos fejlesztésébe. Lawrence Horwitz, a Tel Avivi Egyetem emeritus professzora kiemeli, hogy ez a cikk valóban értékes hozzájárulás a fotonok és elektronok elméletéhez. Richard Muller, a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem fizikaprofesszora és a Lawrence Berkeley Laboratórium vezető tudósa megjegyezte, az ötletek izgalmasak. Kezelik a kvantumfizika legalapvetőbb, nem értett kérdéseit. Ezek közé tartozik a részecske-hullám dualitás és a mérés jelentése.

Jövőbeli alkalmazások és ipari forradalom

Sinha felfedezése új keretet kínál a klasszikus elektromágnesesség modern fotonikus eszközökbe való integrálásához. Ez forradalmasíthatja a fényalapú technológiákra épülő iparágakat. Elvileg az olyan eszközök, mint a napelemek, lézerek, fénykibocsátó diódák és rádióantennák, amelyek Maxwell egyenletei alapján működnek, ugyanarra a platformra integrálhatók.

Richard Parmee, a Cheyney Design and Development alapítója elmondta, hogy a Cheyney büszke Sinha úttörő munkájának támogatására. Ez a munka potenciálisan átalakíthatja a fényről és annak alkalmazásairól alkotott képünket. Küldetésük a tudás határait feszegető, korai szakaszban lévő innovációk támogatása. Ez a kutatás példázza jövőképüket a nagy hatású tudományos fejlesztések előmozdításáról.

English summary

A groundbreaking research, supported by Cheyney Design and Development, fundamentally redefines our understanding of light. Dhiraj Sinha’s work, published in Annals of Physics, bridges Maxwell’s classical electromagnetism and Einstein’s quantum theory of light. This research challenges existing scientific beliefs by demonstrating how photons can naturally emerge from Maxwell’s fields. The study proposes that a time-varying magnetic field generates an electric potential, thereby energizing electrons. This discovery has significant implications for integrating classical electromagnetism into modern photonic devices. It could revolutionize industries relying on light-based technologies. Leading physicists have strongly endorsed this innovative approach.