Wanneer een lichtstraal door een zeepbel reist, kan die zich in vele smalle bundels vertakken. Dit onverwachte verschijnsel kunnen natuurkundigen benutten om de kromming van de ruimtetijd te bestuderen.
Het vreemde vertakkingsgedrag was eerder al gezien bij andere soorten golven. Nu hebben onderzoekers van het Technion, de technische universiteit in de Israëlische stad Haifa, het fenomeen voor het eerst waargenomen bij zichtbaar licht.
‘Niemand had voorspeld dat dit zou gebeuren’, zegt natuurkundige Mordechai Segev. ‘Het kwam in het lab als een complete verrassing.’
De onderzoekers schoten een laserstraal dwars door een membraan van zeep, vergelijkbaar met de gewone zeepbellen die je bij het afwassen ziet. Het zeepmembraan verschilde op willekeurige plekken in dikte. Daarom verwachtten de onderzoekers dat de lichtstraal in wanordelijke spikkels uiteen zou vallen.
In plaats daarvan zorgden de dikteafwisselingen in het zeepmembraan ervoor dat het licht zich in afzonderlijke kanalen splitste – zoals een rivier die zich in vele beekjes vertakt. Elk van die lichtkanalen bewoog in voorwaartse richting door, om uiteindelijk nog meer vertakkingen te krijgen. Dit gebeurde op zowel platte als gekromde zeepmembranen.
Ruimtetijd
Terwijl de moleculen in het zeepmembraan kracht uitoefenden op het licht, oefende het licht ook kracht uit op de moleculen. Daarmee bracht het die moleculen een klein beetje in beweging. Door de lichtsterkte te veranderen, zou je de grootte van die kracht volgens Segev kunnen manipuleren. ‘Stel je voor dat je de stroming van een vloeistof kunt beheersen door het licht dat erdoorheen beweegt aan te passen’, zegt hij.
Door lichtstralen door gekromde zeepbellen te sturen, kunnen wetenschappers beter begrijpen hoe licht door de ruimtetijd vliegt. Volgens de algemene relativiteitstheorie is de ruimtetijd namelijk ook gekromd. Dat komt doordat zware objecten het weefsel van ruimte en tijd oprekken. Met dergelijke systemen van een zeepbel kunnen natuurkundigen dus een soort miniatuuruniversum nabootsen.
De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Nature.
