Światło może się obracać. Same. Bez pomocy.

Muszę wam powiedzieć o czymś, co dosłownie zwaliło mnie z nóg. A piszę o nauce od lat, więc nie robię tego ot tak sobie.

Otóż światło może się obracać. Samo z siebie. Bez żadnej pomocy z zewnątrz.

Wiem, co teraz myślicie — światło? Obraca się? Brzmi jak scenariusz filmu sci-fi. Ale dajcie mi chwilę, bo to dzieje się naprawdę. W prawdziwych laboratoriach.

Światło naprawdę może się kręcić?

O co chodzi. Naukowcy od dawna wiedzieli, że światło potrafi się dziwnie zachowywać. Może się skręcać w korkociągi, odbijać od powierzchni, robić różne sztuczki, o których nie myślimy, gdy zapalamy lampę.

Ale teraz mamy coś nowego. Badacze z Uniwersytetu East Anglia i Uniwersytetu Witwatersrand w RPA odkryli, że światło może samo wykształcać obracające się wzory podczas podróży przez pustą przestrzeń. Bez soczewek. Bez luster. Bez żadnych specjalnych materiałów. Po prostu leci sobie i nagle zaczyna się obracać.

Ja tam uważam, że to jest głęboko dziwne i głęboko fascynujące.

Pomyślcie o chiralności (brzmi strasznie, ale nie jest)

Naukowcy nazywają to właściwość „chiralnością" — to po prostu eleganckie słowo na „lewostronność". Wiecie, jak wasza lewa ręka jest lustrzanym odbiciem prawej, ale nigdy nie nałożycie ich idealnie na siebie? To właśnie chiralność.

Okazuje się, że wiele cząsteczek działa tak samo. I to jest naprawdę ważne w medycynie — niektóre cząsteczki występują w wersji lewo- i prawoskrętnej, które wyglądają prawie identycznie, ale mogą mieć zupełnie inne działanie w organizmie. Ta sama cząsteczka może was wyleczyć albo rozchorować, zależnie od tego, która „ręka" to jest.

Do tej pory naukowcy zawsze potrzebowali specjalistycznego sprzętu, żeby badać te różnice — obserwowali, jak światło oddziałuje z cząsteczkami. Ale teraz? Badacze odkryli, że starannie przygotowane światło może naturalnie wykształcić to obracające się zachowanie samo, podczas lotu przez przestrzeń.

„To światło może naturalnie rozwinąć to zachowanie samo z siebie" — powiedział dr Kayn Forbes z UEA. „Trzeba je tylko odpowiednio przygotować."

Jeszcze je odpowiednio przygotować. Jasne, bez problemu.

To jakby spin się ukrywał

Ale najlepsze jest dalej. Badacze pokazali, że można zacząć od wiązki światła, która ma zero spinu. Absolutnie nic się nie obraca. Ale potem, gdy wiązka leci dalej, pojawiają się wyraźne obszary obracające się, które nagle się wyłaniają.

MSc Light Mkhumbuza, który prowadził kluczowe eksperymenty, ujął to pięknie: „Prawie jakby spin się ukrywał, a potem pokazywał."

Jakże to poetyckie. Światło sobie spokojnie odsłania ukryty spin, płynąc przez przestrzeń. Szczerze mówiąc, kocham to sformułowanie.

Sekretny składnik: topologia

No dobra, ale jak to w ogóle działa? Badacze mówią, że chodzi o coś called topology, co brzmi groźnie, ale tak naprawdę jest całkiem ciekawe, gdy się to zrozumie.

Pomyślcie tak: filiżanka do kawy i pączek wyglądają zupełnie inaczej, ale matematycznie są takie same. Dlaczego? Bo oba mają dokładnie jedną dziurkę. Możecie zgnieść i rozciągnąć filiżankę w kształt pączka bez cięcia czy klejenia. Ta dziurka to „cecha topologiczna" — coś, co pozostaje stałe, niezależnie od tego, jak deformujecie obiekt.

Badacze odkryli, że światło ma własne cechy topologiczne zakodowane w swojej wewnętrznej strukturze. Te cechy zasadniczo dyktują, gdzie pojawią się obracające się regiony, gdy światło się porusza. To nie jest kwestia dodawania czegoś zewnętrznego do kontrolowania światła — to geometria samego światła robi całą robotę.

Czemu to ma znaczenie?

Szczerze? To może być większa sprawa, niż brzmi.

Zespół uważa, że to odkrycie może kiedyś prowadzić do czulszych testów medycznych — wyobraźcie sobie, że można wykrywać cząsteczki łatwiej, obserwując, jak oddziałują ze światłem, które naturalnie wykazuje właściwy rodzaj spinu.

Może też usprawnić komunikację. Światło, które się skręca i obraca, może przenosić więcej informacji niż zwykłe światło — trochę jak korkociąg może utrzymać więcej makaronu niż prosta nitka. To może oznaczać szybszą, bezpieczniejszą transmisję danych.

A dla was, entuzjastów technologii kwantowych — to może dać nowe sposoby na manipulację światłem w obliczeniach kwantowych i kryptografii.

Podsumowując

Oto co najbardziej mnie uderza w tych badaniach: wciąż odkrywamy podstawowe rzeczy o świetle, które badamy od stuleci. Traktujemy je jako coś oczywistego — światło słoneczne, żarówki, ekrany telefonów — a jednak wciąż ma nam do pokazania sekrety.

Światło nie tylko podróżuje nudnymi prostymi liniami, jak się okazuje. Ma ukrytą geometrię, ukryte właściwości i najwyraźniej ukryte spiny, które potrafią się odsłonić w odpowiednich warunkach.

To naprawdę niesamowite, gdy się nad tym zastanowić. Za każdym razem, gdy patrzycie na tęczę albo obserwujecie światło słoneczne wpadające przez okno, patrzycie na zjawisko, które jest jeszcze bardziej złożone i piękne, niż sobie wyobrażaliśmy.

Ja tam od teraz będę patrzył na światło trochę inaczej.