Tutkijat osoittivat, miten valo etenee läpinäkyvässä väliaineessa
Aalto-yliopiston tutkijat osoittavat tuoreessa julkaisussa, miten valo etenee läpinäkyvässä väliaineessa. Tutkijat selvittivät, että jokaista läpinäkyvässä väliaineessa kulkevaa fotonia seuraa atomitiheysaalto. Atomien liike aiheutuu fotonin optisesta voimasta, joka saa esimerkiksi piin atomit kuljettamaan 92 prosenttia valon kokonaisliikemäärästä.
Tutkijoiden kehittämä valon massa-aaltoteoria ratkaisee satavuotisen valon liikemäärän paradoksin. Valon liikemäärälle läpinäkyvässä väliaineessa on aiemmin johdettu teoreettisesti kaksi tulosta, joilla on piin tapauksessa kymmenkertainen ero. Tämä ero johtuu siitä, ettei atomitiheysaaltoon liittyvää massan siirtymää ole otettu huomioon.
Tutkijat ovat ratkaisseet liikemäärän paradoksin käyttäen kahta riippumatonta, mutta toisiaan täydentävää menetelmää. Molemmat lähestymistavat osoittavat, että kenttäenergian siirtymiseen läpinäkyvässä väliaineessa liittyy väistämättä massan siirtyminen. Siirtyvä massa muodostuu atomien tihentymästä, joka liikkuu fotonin kanssa väliaineen läpi.
”Koska työmme on teoreettinen ja laskennallinen, se täytyy yhä todistaa kokeellisesti ennen kuin siitä voi tulla standardimalli valolle läpinäkyvässä väliaineessa. Valopulssin kokonaisliikemäärän mittaaminen ei riitä, vaan on mitattava myös massasiirtymä. Tarvittavien kokeiden pitäisi olla mahdollisia käyttäen interferometrisiä ja mikroskooppisia tekniikoita sekä yleisesti saatavilla olevia materiaaleja”, tutkija Mikko Partanen Aalto-yliopistosta sanoo.
Vaikutus tähtienvälisten kaasujen ja laajentuvan maailmankaikkeuden tarkasteluun
Tutkijat tekevät työtä teorian mahdollisiin optomekaanisiin sovelluksiin liittyen. Uusi teoria kuitenkin kuvaa valon liikettä paitsi läpinäkyvissä nesteissä ja kiinteissä aineissa, myös tähtienvälisessä harvassa kaasussa. Yksinkertaisella kinemaattisella tarkastelulla voidaan osoittaa, että energiahäviö, joka syntyy atomitiheysaallosta, on suoraan verrannollinen fotonin energiaan ja sen kulkemaan matkaan.
”Tämä kannustaa jatkosimulaatioihin, joissa käytetään realistisia parametreja tähtienvälisen kaasun ja plasman tiheydelle ja lämpötilalle. Tällä hetkellä Hubblen lakia selitetään Dopplerin ilmiöllä. Etäisten tähtien osalta punasiirtymä näyttää kasvavan, mikä puolestaan tukee laajenevan maailmankaikkeuden hypoteesia. Uuden valon etenemistä koskevan teoriamme pohjalta tämä hypoteesi ei ole enää tarpeellinen, koska teoria tuottaa automaattisesti punasiirtymän, joka on suoraan verrannollinen havainnoijan ja tähden väliseen etäisyyteen”, selittää professori Jukka Tulkki.
Tutkimusartikkeli: Mikko Partanen, Teppo Häyrynen, Jani Oksanen, and Jukka Tulkki. Photon mass drag and the momentum of light in a medium. Physical Review A 95. DOI: 10.1103/PhysRevA.95.063850
Katsoaksesi videon lähteestä www.youtube.com, anna hyväksyntä sivun yläosasta.Video: Photon mass drag and the momentum of light in a medium
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Mikko Partanen
Tohtoriopiskelija
Aalto-yliopisto
mikko.p.partanen@aalto.fi
Jukka Tulkki
Professori
Aalto-yliopisto
jukka.tulkki@aalto.fi
puh. 050 520 4360
Kuvat
Linkit
Tietoja julkaisijasta
Aalto-yliopistossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Rakennamme kestävää tulevaisuutta saavuttamalla läpimurtoja avainalueillamme ja niiden yhtymäkohdissa. Samalla innostamme tulevaisuuden muutoksentekijöitä ja luomme ratkaisuja maailman suuriin haasteisiin. Yliopistoyhteisöömme kuuluu noin 13 000 opiskelijaa ja yli 4 500 työntekijää, joista 400 on professoreita. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto
Tieteisfiktiosta totta: valon nopeudella toimiva tekoäly osoitettiin mahdolliseksi14.11.2025 12:00:00 EET | Tiedote
Tutkijat ovat onnistuneet tekemään niin sanottua tensorilaskentaa valon nopeudella yhdellä laskentakierroksella. Tämä on merkittävä askel kohti seuraavan sukupolven tekoälylaitteistoa, joka perustuu optiseen laskentaan – eli käytännössä valoon – perinteisen elektroniikan sijaan.
Forskningsprojekt visar att kreativitet inte bara går att mäta – den är också en avgörande konkurrensfördel12.11.2025 13:10:00 EET | Pressmeddelande
Det tvärvetenskapliga projektet Creative Leap (Luova loikka) har undersökt hur kreativitet kan identifieras, utvecklas, mätas och ledas – och vilken inverkan den har på affärslivet och samhället i stort.
Tutkimushanke osoittaa, että luovuus on paitsi mitattavissa, myös ratkaiseva kilpailuetu – katseet kääntyvät nyt johtajiin12.11.2025 13:10:00 EET | Tiedote
Monitieteinen Luova loikka -hanke on selvittänyt, miten luovuutta voidaan tunnistaa, kehittää, mitata ja johtaa – ja millainen vaikutus luovuudella on liiketoimintaan ja koko yhteiskuntaan.
Research shows that creativity is not only measurable but also a major competitive advantage – the focus now turns to leadership12.11.2025 13:10:00 EET | Press release
The multidisciplinary Creative Leap (Luova loikka) co-research project has explored how creativity can be identified, developed, measured, and managed – and how it contributes to business success and the renewal of society.
Tutkimus: Luotettava sähkö ei ole Suomessa enää itsestäänselvyys – vihreä siirtymä saattaa tarvita fossiilista varavoimaa6.11.2025 09:10:00 EET | Tiedote
Suomen sähköjärjestelmä on ollut poikkeuksellisen luotettava, mutta näin ei välttämättä ole enää tulevaisuudessa. Aalto-yliopiston tuore tutkimus varoittaa, että ilman lisäpanostuksia joustavaan tuotantoon ja kysynnän hallintaan sähkön toimitusvarmuus voi heiketä merkittävästi jo 2030-luvulla.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme