Valo poukkoilee sameassa vedessä, mutta kulkee silti keskimäärin saman matkan kuin kirkaassa. Kuva: Tecnische Universität Wien
Valo poukkoilee sameassa vedessä, mutta kulkee silti keskimäärin saman matkan kuin kirkaassa. Kuva: Tecnische Universität Wien

Valo kulkee saman matkan sameassa ja kirkkaassa nesteessä, osoittivat fyysikot kokeillaan.

Valo tuntuu käyttäytyvän arkijärjen vastaisesti kulkiessaan erilaisten nesteiden läpi.

Kun valo tunkeutuu sameaan nesteeseen, kuten vaikka lasilliseen maitoa, se siroaa lukemattomista pienistä hiukkasista ja sitten aikansa kimpoiltuaan palaa ulos. Mutkien takia valohiukkasen eli fotonin matka venyy, ennen kuin se pääsee ulos.

Jos taas valo tunkeutuu kirkkaaseen veteen, se kulkee suorinta tietä ulos.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Kummasta nesteestä valo tulee nopeammin pois? Järki tuntuu sanovan, että tietenkin kirkkaasta nesteestä, koska se kulkee suoraan eikä mutkittele siksakkia.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Oikea vastaus on kuitenkin se, että valo kulkee tismalleen yhtä kauan kirkkaassa ja sameassa nesteessä.

Wienin teknillisen yliopiston professori Stefan Rotter ja hänen ranskalaiset kollegansa osoittivat kolme vuotta sitten ilmiön teoreettisesti. Nyt he todistavat sen arvostetussa Science-lehdessä vielä kokeellisesti.

Koejärjestely käsitti koeputkia, jotka olivat täynnä vettä. Koeputkiin lisättiin tasaisesti nanohiukkasia, jolloin vesi sameni sitä sakeammaksi, mitä enemmän hiukkasia siihen upotettiin. Sameuden vaikutelma syntyy, kun valohiukkaset kimpoilevat nanohiukkasista.

Joka suuntaan siroaminen luo astian pinnalla tyypillisen sädehtivän vaikutelman. Tätä sädehdintää fyysikot mittasivat. Sen avulla he pystyivät sanomaan, kuinka pitkän matkan valo on kulkenut astiassa.

Havainnot vahvistivat sen, mitä fyysikot olivat ennustaneet teoreettisissa laskelmissa. Kirkkaassa ja eriasteisesti sameassa nesteessä valo kulki keskimäärin aina yhtä pitkän matkan.

Vaikka ilmiö tuntuu kummalliselta, selitys vaikuttaa selkeältä.

Kirkkaassa nesteessä valonsäteen fotonit kulkevat likipitäen suoraa rataa ulos astiasta. Sameassa nesteessä fotonit kimpoilevat ja kulkevat verrattain pitkän matkan, ennen kuin saavuttavat astian ulkoreunan. Osa fotoneista ei edes pääse toiselle puolelle vaan singahtaa jo paljon aiemmin ulos astiasta. Niiden matka jää lyhyeksi.

”Voidaan matemaattisesti osoittaa, että näiden kahden vaikutukset tasaavat toisensa. Valon keskimääräinen matka nesteen sisällä on aina sama riippumatta siitä, onko neste samea vai kirkas”, Rotter sanoo yliopistonsa verkkosivulla.

Laskelmat sanovat samaa, kun astiaan tunkeutuvaa valoa tarkastellaan aaltona.

Rotterin mukaan ilmiö ei rajoitu vain valoon.

”Samat säännöt koskevat myös ääniaaltoja, jotka siroavat ilman hiukkasista tai jopa gravitaatioaaltoja, jotka kulkevat galaksin halki. Perusfysiikka on aina sama.”

Sisältö jatkuu mainoksen alla