Para investigar la influencia de la gravedad en la propagación de la luz, los investigadores generalmente tienen que examinar escalas de longitud astronómicas y grandes masas. Sin embargo, los físicos de la Universidad Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg FAU y la Universidad Friedrich Schiller de Jena han demostrado que allíes otra manera. En un número reciente de la revista Fotónica de la naturaleza encuentran las respuestas a preguntas astronómicas en el laboratorio, cambiando el enfoque a una propiedad de material previamente infravalorada: la curvatura de la superficie.
De acuerdo con la teoría general de la relatividad de Einstein, la gravedad puede describirse como la curvatura del espacio-tiempo de cuatro dimensiones. En este espacio curvo, los cuerpos celestes y la luz se mueven a lo largo de geodésicas, los caminos más cortos entre dos puntos, que a menudo parecen cualquier cosa menos rectos cuandovisto desde el exterior.
El equipo de investigadores dirigido por el Prof. Dr. Ulf Peschel de la Universidad Friedrich Schiller Jena utilizó un truco especial para examinar la propagación de la luz en tales espacios curvos en el laboratorio. En lugar de cambiar las cuatro dimensiones del espacio-tiempo, redujeron el problemaa dos dimensiones y estudió la propagación de la luz a lo largo de superficies curvas. Sin embargo, no todas las superficies curvas son iguales ". Por ejemplo, si bien puede desplegar fácilmente un cilindro o un cono en una hoja de papel plana, es imposible colocar el"La superficie de una esfera plana sobre una mesa sin rasgarla o al menos distorsionarla", dice Vincent Schultheiß, candidato a doctorado en la FAU y autor principal del estudio. "Un ejemplo bien conocido de esto son los mapas mundiales que siempre muestran la superficie ende forma distorsionada. La curvatura de la superficie de una esfera es una propiedad intrínseca que no se puede cambiar y tiene un efecto sobre la geometría y la física dentro de esta superficie bidimensional '.
Los investigadores examinaron los efectos de esta curvatura intrínseca del espacio en la propagación de la luz en su experimento. Para ello, capturaron la luz en un área pequeña cerca de la superficie de un objeto especialmente hecho y la obligaron a seguir el curso de la luz.superficie. A medida que la luz se propagaba, se comportaba de la misma manera que cuando es desviada por grandes masas. Al cambiar la curvatura de la superficie, es posible controlar la propagación de la luz. Por el contrario, también es posible aprender sobre la curvatura deuna superficie en sí misma al analizar la propagación de la luz. Cuando se transfiere a observaciones astronómicas, esto significa que la luz que nos llega desde estrellas lejanas transporta información valiosa sobre el espacio por el que ha viajado.
En su trabajo, los investigadores estudiaron la interferometría de intensidad, iniciada por los físicos ingleses Robert Hanbury Brown y Richard Twiss, que se utiliza para determinar el tamaño de las estrellas cercanas al Sol. En esta técnica de medición, se montan dos telescopios.distancia separada y enfocada en la estrella que se va a examinar. Luego se comparan las fluctuaciones en la intensidad de la luz medida por los dos telescopios. Las fluctuaciones en la intensidad son el resultado de la interferencia de la luz emitida por separado de la superficie de la estrella, visible comoun patrón de puntos de luz en las imágenes producidas, y permite sacar conclusiones sobre el tamaño del objeto que se observa.
Como los caminos de luz en el espacio curvo tienden a converger o divergir con mucha más frecuencia que en el espacio plano, el tamaño de los puntos cambia según la curvatura. Los investigadores pudieron demostrar que conocer la curvatura es crucial para interpretar los resultados y quelos experimentos que usan interferometría son adecuados para medir la curvatura general del universo de manera más precisa.
Si los resultados de su investigación conducirán a una mejor comprensión del universo todavía está escrito en las estrellas. 'El objetivo principal de nuestra investigación es transferir los hallazgos basados en la teoría general de la relatividad a la ciencia de materiales modelando cuidadosamente las superficiesde objetos ", dice el profesor Peschel. Aunque estos dos campos parecen bastante poco relacionados a primera vista, hay algunas conexiones importantes." Desde el punto de vista de la fabricación, los diseños planos son a menudo mucho más fáciles de lograr. Sin embargo, las superficies curvas tienen un potencial queaún no se ha explotado y podría utilizarse para controlar las rutas de luz en sistemas ópticos, por ejemplo. Crear variaciones locales en la curvatura de la superficie a menudo puede tener el mismo efecto que cambiar el volumen del material en sí. Esto podría permitir la cantidad de pasos necesarios y materialesse utiliza cuando se fabrican circuitos ópticos integrados o componentes microópticos para reducirlos '.
El estudio se llevó a cabo en el 'Grupo de Excelencia de Ingeniería de Materiales Avanzados' EAM, por sus siglas en inglés de FAU, donde investigadores de una amplia gama de sujetos están trabajando en el desarrollo de nuevos materiales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Erlangen-Nuremberg . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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