Μπορεί το φως να κάνει σκιά στον εαυτό του;

Πρώτα απ’ όλα ας θυμηθούμε τι είναι η σκιά: Είναι μια σκοτεινή περιοχή που δημιουργείται πίσω από ένα αδιαφανές σώμα, που αναχαιτίζει τις ακτίνες μιας φωτεινής πηγής.

Άρα το θέμα είναι να μάθουμε εάν ένα φωτόνιο μπορεί να αναχαιτίσει ένα άλλο φωτόνιο. Τα φωτόνια είναι στοιχειώδη σωματίδια χωρίς μάζα και φορτίο, που αποτελούν τους φορείς της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης μεταξύ φορτισμένων σωματιδίων. Καθώς δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και παραμένουν ανεπηρέαστα από την ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση.

Υπ’ αυτή την έννοια, ένα φωτόνιο δεν μπορεί να αναχαιτίσει κάποιο άλλο. Έτσι, δεν δημιουργεί σκιά. Ναι, άλλα σύμφωνα με την δυαδικότητα του φωτός , υπό ορισμένες προϋποθέσεις, το φωτόνιο εμφανίζει και κυματικές ιδιότητες. Η κυματοειδής φύση του φωτονίου αποδεικνύεται που ονομάζεται ‘συμβολή’ και στη διάρκεια του οποίου τα φωτόνια δημιουργούν σκιά.

Τι είναι η συμβολή;
Για να το κατανοήσουμε, ας δούμε μια απλή περίπτωση συμβολών: Εκείνη των δυο σειρών κυμάτων, που παράγονται από δυο συγκρούσεις στην επιφάνεια ενός ήρεμου νερού. Όταν διασταυρωθούν αυτά τα δυο κύματα, τα βαθύτερα και τα υπερυψωμένα σημεία τους προστίθενται κατά τόπους, δημιουργώντας ζώνες που είτε η στάθμη του νερού αυξάνεται περισσότερο (οι λεγόμενες ‘εποικοδομητικές’ συμβολές). Η ίδια συνταγή ισχύει και για το φώς , εφόσον, φυσικά, αντικαταστήσουμε το πεδίο παραμόρφωσης της επιφάνειας του νερού με ηλεκτρομαγνητικά πεδία.

Η μοναδική περίπτωση να επιτευχθεί κάτι τέτοιο είναι να διαχωρίσουμε στα δυο μια φωτεινή ακτίνα και να την επανενώσουμε, αφού της δώσουμε δυο διαφορετικές πορείες. Οι δυο ακτίνες μπορούν, τότε, να επανενωθούν, με τέτοιο τρόπο ώστε τα ‘ψηλότερα σημεία’ του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου της μιας να υπερτεθούν στα βαθύτερα σημεία της άλλης, δημιουργώντας έτσι σκοτεινές ζώνες.

Αυτό είναι το πείραμα της συμβολής, το οποίον, ωστόσο, αφορά στα κλασσικά φωτόνια, τα οποία έχουν περιορισμένη ενέργεια. Εάν, όμως, μπούμε στον τομέα της Κβαντικής ηλεκτροδυναμικής, τα φωτόνια μπορούν να αποθηκεύσουν σημαντική ενέργεια. Αυτή η θεωρία προβλέπει ότι δυο σωματίδια μπορούν, εάν το επιτρέπει η ενέργεια τους, να παράγουν άλλα σωματίδια, κατά τη διάρκεια της σύγκρουσης τους. Έτσι, εάν δυο φωτόνια συγκεντρώσουν αρκετή ενέργεια, η αντίδραση τους θα αφήσει ίχνη: Το φως θα μετασχηματιστεί σε ύλη! Υπό αυτές τις συνθήκες, δυο φωτόνια μπορούν να δημιουργήσουν σκιά.