格拉斯哥大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了減慢光速的新方法。圖為在一次實(shí)驗(yàn)中，一個(gè)光子的速度超過(guò)了另一個(gè)光子。
據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，科學(xué)家們?cè)缫阎?，?dāng)光穿過(guò)水或玻璃之類(lèi)的材料時(shí)，速度會(huì)稍微有所減慢。但人們普遍認(rèn)為，光子在穿過(guò)自由空間時(shí)，速度是不可能降低的，因?yàn)椴粫?huì)有任何物質(zhì)對(duì)它造成阻礙。然而在一項(xiàng)最新的研究中，科學(xué)家們首次在自由空間中減緩了光子前進(jìn)的速度，說(shuō)明光速遠(yuǎn)比我們想象的還要復(fù)雜。
該研究結(jié)果被發(fā)表在1月23日的《科學(xué)快訊》(Science Express)上。
來(lái)自格拉斯哥大學(xué)(the University of Glasgow)以及赫瑞瓦特大學(xué)(Heriot-Watt University)的研究人員描述了他們?cè)谧杂煽臻g中減慢光子速度的過(guò)程。他們稱(chēng)，通過(guò)為光束戴上一副“面具”，他們改變了光子的形狀，從而減慢了光子的速度。
該研究團(tuán)隊(duì)將一道含有許多光子的光束比作一隊(duì)自行車(chē)手，其中車(chē)手們輪流騎在隊(duì)伍最前方。這樣一來(lái)，盡管車(chē)隊(duì)是作為一個(gè)整體在路上前進(jìn)的，但單個(gè)車(chē)手的速度在改變位置的時(shí)候就會(huì)發(fā)生變化。因此，我們很難為所有車(chē)手定下一個(gè)統(tǒng)一的速度。同樣的原理也適用于光子。一道光線(xiàn)脈沖中含有許多光子，而科學(xué)家們知道，光線(xiàn)脈沖中的每個(gè)光子速度大不相同。
該研究團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)被設(shè)置為定時(shí)賽形式，實(shí)驗(yàn)中同時(shí)釋放兩個(gè)光子，讓它們穿過(guò)一段相當(dāng)長(zhǎng)的距離，奔向終點(diǎn)線(xiàn)。研究人員發(fā)現(xiàn)，其中一個(gè)光子按預(yù)期時(shí)間到達(dá)了終點(diǎn)，但被“面具”改變了形狀的光子則要到達(dá)得晚一些，說(shuō)明它在自由空間中的前進(jìn)速度要更慢。
傳播距離為3.3英尺(1米)時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)減慢的速度達(dá)到了20個(gè)波長(zhǎng)，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了測(cè)量精度，說(shuō)明該結(jié)果并非試驗(yàn)誤差。由此說(shuō)明，在讓光束通過(guò)“面具”之后，光子的前進(jìn)速度比之前減慢了。
最重要的是，這和光線(xiàn)在通過(guò)玻璃和水之類(lèi)的介質(zhì)時(shí)速度放緩的原理大不相同。在穿過(guò)玻璃和水時(shí)，光線(xiàn)只有在通過(guò)介質(zhì)時(shí)速度才會(huì)變慢，穿過(guò)介質(zhì)之后，速度便會(huì)恢復(fù)成原速。但如果讓光線(xiàn)穿過(guò)了“面具”，光子前進(jìn)的最快速度便會(huì)始終受到一定的限制。
丹尼爾·吉爾凡尼尼(Daniel Giovannini)是該研究報(bào)告的主要作者之一，他表示：“改造后的光束減慢的速度很不起眼，前進(jìn)了一米之后，它僅僅慢了幾微米，但它仍然非常重要。”
“我們測(cè)量了兩種不同的光束，一種叫貝塞爾光束(Bessel beams)，一種叫高斯光束(Gaussian beams)，都得到了類(lèi)似的結(jié)果。”
另一位主要作者杰奎琳·羅梅羅(Jacquiline Romero)說(shuō)道：“在獲得這些結(jié)果的過(guò)程中，我們運(yùn)用了一些巧妙的、但廣為人知的光學(xué)原理。”
“研究成果清晰地顯示，即使是在空氣或真空中傳播時(shí)，光速也可以低于通常認(rèn)為的299792458米/秒。”
“雖然我們測(cè)量的只是單個(gè)光子，但這一結(jié)果也同樣適用于一束光。用來(lái)制造光束的透鏡越大，傳播距離越短，效果就越明顯，說(shuō)明這一效應(yīng)只適用于短距離傳播。”
邁爾斯·帕杰特教授(Miles Padgett)是該研究團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)人，他補(bǔ)充道：“光線(xiàn)傳播的速度竟然能變緩，乍看上去的確令人吃驚，但這一結(jié)果是建立在堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)之上的，我們也對(duì)自己的觀(guān)測(cè)過(guò)程抱有很強(qiáng)的信心。”
“這一研究結(jié)果讓我們得以用一種全新的方式思考光的特性，我們渴望能繼續(xù)進(jìn)行這項(xiàng)研究，并探索它在未來(lái)的應(yīng)用潛力。”
“我們希望這一效果能被運(yùn)用到任何波動(dòng)說(shuō)當(dāng)中去，這樣一來(lái)，我們就可以在其它波中制造類(lèi)似的減速效果了，比如說(shuō)聲波。”
