そこで今回、ボン大学の研究者たちは光を鏡張りの小箱に押し込め、外側から圧縮してみることにしました。
すると最初は予想通り、押せば押すほど光は抵抗が増えていきました。
光の単位である光子には質量がありませんが運動エネルギーはあるため、光が当てられた物体は押される力が働きます。
この光による押す力を利用して現在、光速の30%まで加速可能な光学帆船(ソーラーセイル)の計画が行われています。
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一方で、この光が押す力は圧縮時には抵抗力として観測されます。
そのため研究者たちが小箱の中の光子を圧縮すると、空気やガスと同じように圧縮に応じた抵抗力を生じさせました。
また小箱に詰める光子の数を増やすと(密度を増やすと)、同じ圧縮幅を得るには、より大きな力が必要になっていきました。
この抵抗力の増加は主に、小箱の中で光子が壁から壁へ跳ね返る頻度に依存しています。
光子を小箱にたくさん入れると抵抗力が上がるのも、光子の数に応じて跳ね返る頻度が増加したからです。
しかしある段階を越えて力を加えていくと奇妙なことが起こり始めます。
圧縮に必要な力が急激に弱くなり、ほとんど力を加えなくても光は圧縮が可能になっていったのです。
圧縮された光に、いったい何が起きていたのでしょうか?
抵抗がなくなるのは存在確率が重なってしまうから
圧縮された光に何が起きたのか?
答えは古典物理の世界ではなく、量子力学の世界にありました。
光の単位である光子には粒子としての性質だけでなく波としての性質があり、存在位置が点のように確固としたものではなく、あいまいになっています。
また光子は酸素分子やメタン分子とは異なり、近づき合っても電気的に「反発」することもありません。