In de klassieke natuurkunde is de derde wet van Isaac Newton een onwrikbaar fundament: elke actie roept een gelijke en tegengestelde reactie op. Dit principe van wederkerigheid bepaalt hoe krachten in onze fysieke wereld werken. Recent onderzoek heeft echter aangetoond dat dit principe in de wereld van de quantumoptica kan worden doorbroken, waarbij een kunstmatige zwemmer van licht erin slaagt om tegen een stroom in te bewegen.
Het experiment werd geleid door Yi Hu van de Nankai Universiteit in China. De wetenschappers wilden onderzoeken of een passieve zwemmer — een object dat geen eigen energie verbruikt om voortbeweging te genereren — stroomopwaarts kon bewegen binnen een quantumstroom. In de dagelijkse realiteit is dit onmogelijk zonder energieverbruik, zoals bij een vis of een boot die tegen de stroom in vaart.
Om deze hypothetische situatie te testen, bouwden de onderzoekers een specifiek systeem op. Volgens newscientist.com werd een zogenaamd 'quantumlicht-fluïdum' gecreëerd door lasers te richten op een kristal dat onder elektrische spanning stond. Deze specifieke configuratie zorgde ervoor dat fotonen met elkaar gingen interageren, waardoor een omgeving ontstond die zich gedroeg als een stromende rivier.
De rol van de 'zwemmer' in dit proces werd vervuld door een andere straal van quantumlicht, die was gevormd als een solitaire golf. In een klassiek scenario zouden de zwemmer en de rivier een identieke, wederkerige kracht op elkaar uitoefenen. Dit is vergelijkbaar met de zwaartekracht tussen twee objecten, waarbij de kracht in beide richtingen gelijk is.
In dit quantumexperiment vertoonde het systeem echter een afwijkend gedrag. De interactie tussen de zwemmer en de rivier was niet wederkerig: terwijl de zwemmer een aantrekkende kracht ervoer, oefende de rivier juist een afstotende kracht uit. Omdat de actie en de reactie niet langer gelijk en tegengesteld waren, werd het fundamentele actie-reactieprincipe van Newton effectief omzeild. Zoals beschreven door , resulteerde deze asymmetrie in een netto kracht die de lichtgolf stroomopwaarts duwde.
Deze ontdekking heeft significante implicaties voor de moderne natuurkunde. Yi Hu wordt in de berichtgeving van geciteerd over de netto kracht op de zwemmer. Het vermogen om niet-wederkerige krachten te manipuleren in een gecontroleerde omgeving opent de deur naar nieuwe technologische toepassingen.
De mogelijkheid om licht op deze manier te sturen, zonder de gebruikelijke energetische beperkingen of fysieke wetten van de klassieke mechanica, kan leiden tot innovaties in quantumapparatuur. Het biedt wetenschappers een nieuw instrument om quantumlicht met extreme precisie te controleren. De doorbraak illustreert dat fenomenen die in de macroscopische wereld onmogelijk lijken, in de wereld van de quantumoptica wel degelijk kunnen plaatsvinden. Volgens kan dit leiden tot nieuwe manieren van het controleren van quantumlicht in experimenten en apparaten.