Свет бежит по комнате, отражается от зеркал и стен. Пустота между ними кажется совершенно нейтральной: она не мешает лучу, не искривляет его путь. Но что, если в самых глубоких основах мира пустота устроена сложнее? Физики давно подозревают, что симметрия пространства может нарушаться на крошечных масштабах — и тогда свет поведёт себя иначе.
В новой работе учёные вычислили, как такие нарушения меняют законы электромагнетизма. Они взяли уравнения, описывающие электроны и фотоны, и добавили в них небольшое "искривление" фона — нарушение симметрии, которое зависит от точки пространства. Оказалось, что вакуум начинает вести себя как неоднородная среда: в одних местах свет ускоряется, в других замедляется. Более того, волны могут обмениваться энергией с этим фоном — усиливаться или затухать, как звук в ветреную погоду.
Особый интерес вызвали так называемые "аксионоподобные" слагаемые. Аксион — гипотетическая частица, которую ищут экспериментаторы, но в данном случае речь о математических структурах, напоминающих свойства особых материалов — вейлевских полуметаллов. В таких кристаллах электроны ведут себя так, будто пространство для них искривлено, и похожие эффекты могут проявляться в вакууме при нарушении симметрии.
Расчёты показали, что при определённых комбинациях параметров нарушается теорема Фарри — правило, запрещающее некоторые процессы с участием фотонов. Это согласуется с более ранними вычислениями и означает, что в таких условиях вакуум может порождать новые типы взаимодействий света. Практическое следствие: если в космосе существуют области с нарушенной симметрией, свет от далёких звёзд может приходить к нам искажённым, и это можно заметить телескопами.
В конечном счёте работа показывает: пустота — не пустой ящик, а сложная среда с собственными свойствами. Нарушение симметрии делает её похожей на стекло с переменной плотностью, и свет, проходя сквозь неё, рассказывает о скрытой структуре мироздания.
как её написали авторы, на английском arXiv:2603.20880
This work sets out to compute the corrections to the Euler-Heisenberg effective action that arise from spacetime-dependent background anisotropies that violate Lorentz symmetry. To accomplish our task, we evaluate the functional determinant of the modified Dirac operator using the spectral regularization method. Within the framework of the Standard Model Extension (SME), these Lorentz-violating parameters correspond to the coefficients $$m_5(x)$$, $$a_\mu(x)$$, and $$b_\mu(x)$$. The corrected effective action is attained up to the second-order in the background parameters. Our results indicate a violation of Furry's theorem at second-order for specific CPT-even combinations of these parameters, in agreement with previous analyses based on explicit Feynman diagram calculations in scenarios with Lorentz-symmetry violation. In the kinetic (bilinear) piece of the effective action, non-dynamical axion-like terms emerge, resembling structures commonly encountered in condensed-matter systems, such as Weyl semimetals. We show how this procedure modifies the Maxwell equations, from which we present both the corresponding (non-)conservation of the energy-momentum tensor and the wave equation. We also notice that the vacuum behaves as an inhomogeneous medium, and compute the local dispersion relation by working in the eikonal approximation. As a result of the spacetime-dependence of the background, there appear imaginary contributions in the dispersion relation and, consequently, the wave amplitudes may be amplified or attenuated, which expresses the energy-momentum exchange between the waves and the background.
Вейлевские полуметаллы — реальные кристаллы, в которых электроны движутся так, будто имеют нулевую массу, как свет. Их открыли в 2015 году, и они стали площадкой для проверки идей, родившихся в физике элементарных частиц.
В романе Грега Игана "Лестница Шильда" описана вселенная, где законы физики меняются от точки к точке — и путешественники вынуждены учитывать это, чтобы выжить.