מחקר שפורסם ב־Nature מראה כי סינגולריויות אופטיות, נקודות שבהן עוצמת האור מתאפסת, עשויות לנוע מהר ממהירות האור בלי לשאת מידע או אנרגיה
האם החושך יכול לנוע מהר מן האור? מחקר חדש מהטכניון מציע תשובה מפתיעה: לא החושך במובן היומיומי, אלא “נקודות חושך” זעירות בתוך גלי אור, אכן עשויות לנוע במהירות גבוהה ממהירות האור. קבוצת מחקר מהפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע״ש אנדרו וארנה ויטרבי בטכניון הצליחה למדוד ישירות את הדינמיקה של אותן נקודות, ובכך אישרה בניסוי תחזית תאורטית שהועלתה כבר בשנות ה־70. המאמר פורסם ב־25 במרץ 2026 בכתב העת Nature תחת הכותרת Superluminal correlations in ensembles of optical phase singularities.
בלב המחקר עומדות “סינגולריוּת מופע” או “נקודות אפס” בתוך גל אור — מקומות שבהם משרעת הגל מתאפסת לחלוטין, ולכן מבחינה פיזיקלית מתקבלת נקודת חושך. החוקרים מתארים אותן כמעין מערבולות זעירות בתוך השדה האופטי. מערבולות כאלה אינן ייחודיות לאור. הן מוכרות גם מזרמי נוזלים, מגלי קול, ממוליכי־על וממערכות גליות אחרות. כבר לפני כחמישה עשורים הוצע תאורטית כי מערבולות כאלה עשויות לנוע מהר יותר מהגל שבו הן נוצרות, אך עד כה לא הייתה דרך למדוד זאת ישירות ברזולוציה מספקת.
לכאורה, התוצאה נשמעת סותרת את איינשטיין. אך בפועל אין כאן הפרה של תורת היחסות. מהירות האור בריק היא גבול עליון לחלקיקים בעלי מסה ולאותות שמעבירים אנרגיה או מידע. “נקודות החושך” שנמדדו במחקר אינן חלקיקים חומריים, ואינן נושאות מסר פיזיקלי בפני עצמן. לכן הן יכולות להציג מהירות־מיקום “על־אורית”, בלי שניתן יהיה להשתמש בכך להעברת מידע מהר מן האור. זהו הבדל חשוב בין תופעה גיאומטרית או טופולוגית בתוך גל, לבין תנועה של גוף או אות ממשי.
מערכת ייעודית שפותחה בטכניון
כדי לבצע את המדידה בנו החוקרים בטכניון מערכת מיקרוסקופיה אלקטרונית ייחודית, המשלבת מערכת לייזר ומערך אופטו־מכני בתוך מיקרוסקופ אלקטרוני. המערכת השיגה שילוב חריג של רזולוציה מרחבית וזמנית, שאפשר לעקוב אחר תנועת הסינגולריויות בקנה מידה ננומטרי ובקצבי זמן מהירים במיוחד. הניסוי בוצע על גבי חומר מסוג hBN, כלומר בורון ניטרידי הקסגונלי, שהוכן בשיתוף עם פרופ׳ חנן הרציג שיינפוקס מאוניברסיטת בר־אילן. בתוך החומר הזה האור יוצר פולריטונים — מצבי גל היברידיים של אור וחומר — הנעים לאט בהרבה מאור בריק. דווקא ההאטה הזאת אפשרה לראות כיצד “נקודות החושך” מזנקות למהירויות גבוהות מאוד, ואף עוברות את מהירות האור.
את המחקר הובילו פרופ׳ עדו קמינר, הדוקטורנטים תומר בוכר ואלכסיי גורלך, וד״ר שי צסס, שעשה את הדוקטורט במעבדתו של פרופ׳ גיא ברטל בטכניון וכיום הוא פוסט־דוקטורנט ב־MIT. בבניית המערכת הניסויית ובביצוע הניסוי השתתפו גם ד״ר ארתור נידרמאייר, הראל נהרי, פרופ׳ קנגפנג וואנג, ד״ר יובל אדיב ותום לנקייביץ׳, בהובלת ד״ר מיכאל ינאי. ד״ר צ׳ינג־הווי יאן ורון רוימי תרמו לניתוח התאורטי. למחקר היו גם שותפים ממוסדות בין־לאומיים נוספים, והוא נתמך בידי תוכנית Horizon 2020 של האיחוד האירופי, קרן מור ומרכז הקוואנטום ע״ש הלן דילר בטכניון.
מעבר לעצם אישוש התחזית הישנה, למחקר יש חשיבות רחבה יותר. לפי המאמר, המדידות החדשות איפשרו לחשוף את מלוא הדינמיקה במרחב־הפאזה של אנסמבל סינגולריויות אופטיות, והראו כי לפני שהן נעלמות זו עם זו, הן עשויות להאיץ למהירויות גדולות מאוד. המשמעות היא שמה שנראה בעבר כתופעה תאורטית חמקמקה, הופך כעת לכלי ניסויי לחקר פגמים טופולוגיים ותופעות גליות מהירות במיוחד. החוקרים סבורים שהשיטה תוכל לשמש בעתיד לחקר תהליכים ננומטריים נסתרים בפיזיקה, בכימיה ובביולוגיה, וכן לקדם פיתוח של טכנולוגיות מיקרוסקופיה, ננו־אופטיקה, חקר מוליכי־על ואפילו שיטות לקידוד מידע קוונטי בחומרים.
במילים אחרות, התרומה של המחקר אינה מסתכמת בכותרת המסקרנת “האם החושך מהיר מן האור”. עיקר החידוש הוא ביכולת לראות ולמדוד ישירות תנועה מהירה מאוד של מבנים טופולוגיים בתוך שדה גל. היכולת הזאת פותחת חלון חדש להתבוננות בטבע ברגעים שהיו עד כה מהירים מדי, קטנים מדי וחבויים מדי למדידה ישירה. במקרה הזה, דווקא ה”חושך” שבתוך האור הפך למפתח להבנה עמוקה יותר של התנהגות גלים ושל הגבולות האמיתיים של מה שאפשר למדוד.
למאמר המדעי ב-Nature
אמפ״מ
כותרת:
הטכניון מדד לראשונה “נקודות חושך” בתוך גלי אור — ואישר תחזית בת 50 שנה
כותרת משנה:
תגים:
הטכניון, Nature, אופטיקה, פיזיקה, מיקרוסקופיית אלקטרונים, מהירות האור, סינגולריויות אופטיות, פולריטונים, בורון ניטרידי הקסגונלי, מידע קוונטי
ביטוי מפתח:
נקודות חושך מהירות מן האור
נרדפים:
נקודות חושך בגלי אור, סינגולריויות אופטיות, מערבולות אור, תנועה מהירה ממהירות האור, מהירות על־אורית, מיקרוסקופיית אלקטרונים מהירה, פולריטונים, פיזיקת גלים
SLUG:
technion-dark-points-faster-than-light-nature
כותרת SEO:
הטכניון מדד נקודות חושך שנעות מהר מן האור
מטא־תיאור:
מחקר חדש מהטכניון שפורסם ב־Nature מדד לראשונה נקודות חושך בתוך גלי אור ואישר כי הן עשויות לנוע מהר ממהירות האור בלי להפר את היחסות.
ביטויי מפתח משניים:
סינגולריויות אופטיות, מיקרוסקופיית אלקטרונים בטכניון, פולריטונים ב־hBN, מחקר ב־Nature על מהירות האור
אם תרצה, אכין גם גרסה נוספת, יותר “הידענית” ופחות צמודה להודעה לעיתונות.
