La lumière est quelque chose dans notre monde que nous connaissons très bien, et pourtant elle peut encore lancer des boules de courbe incroyables lorsque vous la regardez en détail. Une découverte récente découle d’un phénomène assez bien établi : que se passe-t-il lorsque la lumière traverse une interface ? Cela peut être du verre, de l’eau ou quelque chose de complètement différent. La solution à ce problème est établie depuis longtemps, mais les scientifiques ont maintenant découvert qu’il se passait quelque chose d’étrange au milieu.
À mesure que la lumière traverse une interface, sa vitesse change. La solution pour le comportement de la lumière d’un côté ou de l’autre de l’interface est l’équation d’onde standard bien établie. Ils peuvent être liés sans problème (une solution continue par morceaux) mais cela n’explique toujours pas ce qui se passe au niveau de l’interface elle-même. Là, la vague devrait connaître une accélération qui n’est pas prise en compte par la solution actuelle.
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Maintenant, une équation a été proposée dans le cas d’un univers avec une dimension spatiale et une dimension temporelle.
« En gros, j’ai trouvé un moyen très intéressant de dériver l’équation d’onde standard en dimensions 1+1. La seule hypothèse dont j’avais besoin était que la vitesse de la vague est constante. Puis je me suis dit : et si ce n’était pas toujours constant ? Cela s’est avéré être une très bonne question », a déclaré l’auteur principal, le professeur adjoint Matias Koivurova, de l’Université de Finlande orientale, dans un déclaration.
L’équipe a mis au point une équation d’onde accélératrice. Au début, la solution n’avait pas de sens, mais les physiciens se sont rendu compte qu’il leur fallait une vitesse de référence : la vitesse de la lumière dans le vide. La résolution de l’équation a donné la bonne solution à la fois au niveau de l’interface et de chaque côté de celle-ci, mais elle comporte une exigence cruciale. Il lui faut du temps pour avancer.
La flèche du temps est un concept assez important en science. Le plus souvent en physique, on parle de flèche thermodynamique du temps. Dans tous les systèmes isolés, l’entropie augmente avec le temps. Cela donne clairement une direction au temps.
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Cette équation, bien qu’elle ne concerne qu’une seule dimension, semble suggérer que la flèche du temps ne vient pas seulement de la thermodynamique, mais pourrait être une propriété intrinsèque de la nature à laquelle même la lumière qui se propage devrait obéir.
Pour le domaine de l’optique, résoudre cette équation signifie résoudre une controverse de longue date qui sème la confusion chez les physiciens depuis des années.
« Il y a ce débat très célèbre en physique, appelé la controverse Abraham-Minkowski. La controverse est la suivante : lorsque la lumière pénètre dans un milieu, qu’arrive-t-il à son élan ? Minkowski a déclaré que l’élan augmente, tandis qu’Abraham a insisté sur le fait qu’il diminue », a expliqué le professeur Marco Ornigotti, responsable de l’étude.
Les preuves expérimentales soutiennent les deux côtés et, selon la nouvelle équation, l’élan est conservé grâce aux effets relativistes. Il semble augmenter ou diminuer selon la façon dont vous le regardez.
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« Nous avons découvert que nous pouvons attribuer un « temps propre » à l’onde, qui est tout à fait analogue au temps propre de la théorie de la relativité générale », a poursuivi Ornigotti.
L’œuvre passe d’une énigme optique spécifique à une possible vérité fondamentale de l’univers. Et si la flèche du temps va toujours dans une direction, nous devrons peut-être dire adieu aux rêves de voyage dans le temps dans le passé.
L’étude est publiée dans la revue Optique.
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