@ 2021.06.02 , 23:48

激光脉冲的速度超越了真空光速

在完美真空中,光子的移动速度约为每秒30万公里。这是信息传播速度的严格极限。

虽然这一定律不可能被打破,但光本身的一些特性并不遵循这一规则。操纵它们无法使我们提前达到外星,但可以为激光技术开辟道路。

物理学家们已经对光脉冲的速度限制玩了一段时间,利用各种材料,如冷原子气体、折射晶体和光纤,将它们加速,甚至减缓到几乎停滞不前。

如在2000年,华裔科学家王力军*在日本电气株式会社(NEC)位于美国普林斯顿的实验室里,在铯原子气体里实现了超光速脉冲。记录这一精妙实验的论文被Nature选为封面文章。

这一次,来自加利福尼亚劳伦斯·利弗莫尔国家实验室和纽约罗切斯特大学的研究人员在热的带电粒子群中实现了这一目标,将等离子体中的光波速度微调到——从光的真空速度的十分之一到超过30%。

这种超光速完全在物理学许可的范围之内。爱因斯坦的的狭义相对论稳如磐石。对不起。

光子的速度被交织在一起的电场和磁场所锁定。这一点是无法绕过的,但窄频率内的光子脉冲也会以创造有规律的波的方式进行推搡。

整组光波有节奏的上升和下降,以一种被描述为群速度的速度穿过东西,正是这种 "波的波" 可以被调整为慢下来或加快,取决于其周围的电磁条件。

用后来解释贝塞尔光束的形象说法:两道激光交叉,形成一个交叉点;当激光转向的时候,交叉点就会向前移动。但实际上,交叉点当然不是一个真实的对象。

因为光的相互作用,以及外界磁场的影响,交叉点这个非实体的对象的移动速度,可以超越光速。

但,显然我们无法利用它来超光速传递信息,因为要想制造一个移动的光线交叉点,那必然事先就要存在两道光线。所以要想传递信息,直接使用在前面的光线就行。

就我个人理解,超光速的光脉冲或者说“波的波”,本质上都和光线交叉点差不多。用王力军的说法,一束光里,大部分区域相互抵消,然后某个区域里加强,形成一个“亮斑”,类似于贝塞尔光束的交叉点。用环境因素控制形成亮斑的区域,实现的效果就是某种对象在光线里超光速“移动”,但实际上,要想在光里移动,需要事先铺设好光路。

而即便铺设好光路之后,试图用超越光速的“波的波群速度”传递信息,也注定会失败。因为脉冲的形状总是导致信息失真——就像是试图用量子隧穿效应传递信息一样。

现在,用激光将电子从氢离子和氦离子流中剥离,研究人员能够改变由第二个光源发送的光脉冲的群速度,通过调整气体的比例控制光速,并迫使脉冲改变形状。

整体效果由来自等离子体场的折射和用于剥离它们的主激光器的偏振光造成的。

从理论上讲,该实验有助于充实等离子体的物理学,并对当前模型的准确性提出新的限制。

从实践上讲,这对正在缓慢开拓的前沿技术来说是个好消息,因为它们可以绕过技术瓶颈。

激光器将是大赢家,尤其是威力巨大的各种激光器。老式的激光器依赖于固态光学材料,随着能量的增加,这些材料往往会被损坏。使用等离子体流来放大或改变光的特性将绕过这个问题,但为了充分利用它,我们真的需要对其电磁特性进行建模。

劳伦斯·利弗莫尔国家实验室热衷于了解等离子体的光学性质并不是巧合,它是世界上一些最令人印象深刻的激光技术的所在地。

越来越强大的激光器正是我们所需要的东西,应用从提升粒子加速器到改善清洁核聚变技术。

这项研究发表在《物理评论快报》上。

https://www.sciencealert.com/pulses-of-light-can-break-the-universal-speed-limit-and-it-s-been-seen-inside-plasma

评论勘误 celk:

我去找了原论文摘要看,也看了劳伦斯·利弗莫尔国家实验室自己官网上的通稿

又是一次sciencealert小编闹乌龙……

人家压根就没有超光速

the team was able to change the pulsed light group velocity from 0.995c to 0.12c and -0.34c

激光群速度从0.995c降到0.12c再变成负0.34c(即反向传播)

没有超光速

这项研究的意义在于能在极大范围内随意调节等离子体内的激光速度


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