|
|
据国外媒体报道，光的一种奇异现象可能正在颠覆量子力学的基础。光子是构成光的粒子，它们构成了一个基于光的莫比乌斯环，其中表现出的动量特征是此前科学家认为不可能出现的。这项发现可能会动摇量子力学的一些基本假设，后者是描述亚原子粒子世界的经典理论。/ I8 T: Z3 |1 t% i8 j+ R4 S
这项研究的合作者之一，爱尔兰都柏林圣三一学院的物理学家保罗·埃萨姆(Paul Eastham)指出：“这是光的一种基本性质，我们证明了其和人们此前设想的不太一样。”
4 T& A& G" N5 J) n . L, D; [, o3 m, g% _1 x1 n# j- m
“空心”的光0 o/ C4 z3 k$ x' g8 r
' e9 `3 T+ E" B2 Y) p
这项研究的最早渊源还要追溯到200多年前，当时的爱尔兰物理学家和天文学家威廉·汉密尔顿(William Hamilton)和他的合作者汉弗莱·劳埃德(Humphrey Lloyd)预言，具备某种特定内部原子结构的晶体将能够产生中空的“光管路”，前提条件是入射光线照射到晶体表面的角度合适。
* I' b' m& V( g6 h& N$ J
4 a: q j3 T4 _为了向这一200多年前的伟大发现致敬，埃萨姆与合作者决定深入探查这一现象背后的理论基础。首先他想到的是，这样一种中空形态的光线对于光子的角动量究竟意味着什么。随着在数学运算方面的深入进行，他突然意识到一些奇怪的事情：在这一中空光线中的光子将具备的角动量约为1.5倍的普朗克常数，后者是描述能量与波长之间关系的基本物理学常数。2 c% w8 h( o# I: p& f$ F
9 K5 g% e5 ]0 Y+ h9 ?
但这样的情况是令人难以相信的，因为量子理学原理限定了光子的角动量必须是普朗克常数的整数倍，比如2倍，-3倍等等，而不能出现0.5倍这样的情况。. L' k5 g; i% ]- h/ E
) ~- m& e1 B6 P自旋为半的光子# x3 ?/ j% _: @, g+ u9 H7 b
9 \) A# A* v! u2 F2 D$ O
为了检验他们计算结果是否的确在现实中存在，他们决定对这一理论进行实验验证。他们将一束激光以精确的特定角度射向一块晶体，随后使用一种被称作干涉仪的光学部件对这束激光进行分束，并按照其自旋特征进行分离。/ B, y0 O5 w9 a. r5 U$ T: m6 p
Z( M3 v/ m" v. a4 q
非常明确的实验结果就是，在测量时，这些光子的角动量值分别显示约为1.5倍普朗克常数和-1.5倍普朗克常数。研究组已经将相关研究结果发表在4月29日出版的在线版《科学进展》杂志上。- C O$ G/ o2 V, d+ u
, O6 [- R/ i2 p% R
这项研究的另外一位合作者，同样来自爱尔兰都柏林圣三一学院的物理学家凯勒·巴兰汀(Kyle Ballantine)表示，这项发现非常有趣，因为其暗示光子的行为可能与我们此前对其作出的预测不符合。他说：“所有粒子都可以被分为两大类，第一类叫玻色子，其中就包括光子，这类粒子的特点是它们都有整数角动量(自旋量子数是整数)，另一类粒子叫做费米子，比如电子，这类粒子的自旋量子数就不是整数。这样的区别非常重要，因为这会导致非常不同的量子行为。而我们此次研究的结果显示，我们能够创造出一束光子流，其行为类似费米子，这两者是完全不同的。” b: ?- Z: M0 J9 h5 S; w3 r" @6 p
1 G8 g0 \9 T6 \不过，这项研究也并不会就此削弱普朗克常数的重要性，或是颠覆整个亚原子物理学大厦的根基。埃萨姆表示：“我们并未打破量子力学。”' i' G/ Y% ? W% ~" _8 d. ^1 C" d
" u% i/ F) y) ~! M% y6 T% z
当然，不管如何，这项研究得到的结果仍然非常新颖，它深层的意义目前仍然不甚明确。但其中一项至少是明确的：这项发现将对量子计算和密码学研究产生影响，这两个领域的研究都是基于亚原子粒子的相关性质，而关于这一方面，我们可能需要修正一些原先的观点。
8 s- x3 i% o* B' h; Q5 a3 X, R |
|
发表于 2016-6-3 19:19:15
