@ 2018.04.26 , 15:00

最新的理论允许我们使光线凝滞不动

光速在真空中恒定,是当今物理学中三大支柱性的基本假设之一。

但是新的研究发现,金科玉律也可能会出人意料的有趣例外,那就是几束光混合在一起可能导致出现光波凝滞不动的情况。

最新的理论允许我们使光线凝滞不动
Credit:图虫创意

这一发现似乎不仅仅适用于电磁波,而且对几乎所有形式的波动都适用,这对于借助激光来发送和存储信息的现代科技可能是个利好的消息。

延迟光线的历程本身并不那么困难。把一堆原子放在它们的路上,光子就会花费更多的时间在物质森林中艰难跋涉。

如果将阻路的粒子冷却下来,使它们失去个体特性,表现成为一个整体,光线将会以极慢的速度通过这团凝聚态冷原子云雾,有时甚至可以将光停滞。

而晚近的研究发现,我们可以通过施加作用于光程的角动量来影响光速。

来自以色列理工学院和巴西纯数学和应用数学研究所(IMPA)的一小组物理学家现在提出了另一种方法,表明理论上可以将光波交织在一起,以使它们停止在他们的轨道上。

这个技巧依赖于调整光波,以便它们在所谓的例外点上相遇——这一数学术语用来描述不同波的特征在给定坐标处将如何对应。

直到不久前,它还是一个单纯的数学概念。研究人员刚刚通过实验证明,他们确实可以通过将微波限制在一个狭窄的网格中来制造例外点。

当我们谈论光的波动时,大多数人会想象不同高度和长度的彩色谱系条纹。

光当然是由诸如波长和频率等特性所定义的,但当光子在空间中传播时,也会产生大量的可重复观察到的奇妙特征。

可以通过使用被称为波导的东西来约束和调整这些特征的基本属性,所以两个光波可以在相同的空间内合并。这种被称为例外点的属性组合导致了一些有趣的行为。

去年,研究人员将新奇观点应用于开发能够应对最小干扰的传感器。

现在物理学家知道了,使用数学模型可以推出,存在一种波导平衡波的能量,从而产生一个令光线静止的例外点。

通过赋予或剥离波的能量,我们可以切换不同的模式,令光波合并然后凝滞不动,或者加速然后继续沿着既定路线运动通过例外点。

如果学究气点说,我们不要把它想象成光子停下来等待交通信号。基本的定律没有被破坏。

就像通过介质被减慢的光速也依然是当前条件下的光速,只是和真空条件不同。这些波中的光子会根据它们在特殊点上的相互作用而被捕获在一个具象化的电磁旋风中以当前条件下的光速继续运动,只不过不是朝着预期方向。

目前,这一构想还仅仅停留在数学模拟阶段——基于特殊点的光阻装置尚未发明。

但如果没有意外的话,我们早晚都能掌握一门操作光子的最新方式。研究人员还推测,相同的概念在技术上适用于任何类型的波,包括声音。

鉴于信息时代的光子正在取代电气时代电子的地位,我们需要我们所能找到的所有工具来牢牢抓住这些快速的小东西。

这一研究发表在《物理评论快报》上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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