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最新研究证明:激光可拐弯变速

文章来源:博特激光人气:686发表时间:2015-05-05

自然法则明确指出,光线必须沿着直线前进且有一定的速度。如今,南非约翰内斯堡的维特沃特斯兰德大学研究人员证明,激光可以沿着螺旋路径穿越空间,能在射向远方的时候加速和减速。这是科研人员第一次观测到有角度的加速光,可能带来借助此类特殊结构光场的新应用。
  维特沃特斯兰德大学物理学院教授安德鲁·福比斯和实验室工作人员在《物理评论A辑》杂志网络版发表的论文中给出了上述实验结论。
  据物理学家组织网日前报道,在最新研究中,研究人员首次证明了沿角度加速的光,以及其能被加速和减速的真实性。这种角加速可以被一个单参数控制,这个参数可以随时用一个刻入数字全息图的标准液晶显示屏来调整,这块显示屏比家用液晶电视屏还要小。
  研究小组创建的能展示有趣物理属性的复杂光线,可以用来探索一系列实际应用。
  福比斯解释说:“我们的角加速依靠轨道角动量,即所谓的‘扭曲光’现象。”
  把波前光扭曲成螺旋形状后,光线就能承载轨道角动量。在非恒定速度中的光旋转导致角加速度,而且,光线的加速和减速传播定期从一种模式切换到另一种模式。之后经螺旋路径通过空间,螺旋就像发条一样旋紧导致光可以被加速,松懈之后又形成减速。
  有意思的是,通过如此这般“扭麻花”,自然地给光场提供了附加动量,导致其加速旋转。
  福比斯本人今年三月加入维特沃特斯兰德大学物理学院,他本意是要促进新的结构光源实验室的建设,专注于用数字全息图创建自定义光场。此前,他和团队成员就成功证明了光线可以被旋转。
  目前,该团队希望将角加速光这一新的光学领域的有趣工具,用于研究基本物理过程,例如用光驱动微流体流动等。
  根据爱因斯坦的相对论,光是可以不沿直线行走的,也就是光会拐弯。
  早在1911年,爱因斯坦就在一篇论文中预言:当恒星的光线擦过太阳时,会因为太阳的引力而产生弯曲,而且我们可以测出这种光线的拐弯。爱因斯坦还给出了测量的方法:在日全食时,当太阳光线被完全遮挡后,可以通过测定此时一些恒星的位置,并和平时这些恒星的位置相比较,如果发现恒星的位置偏离了平时的位置,就证明恒星的光线发生了偏折。当时爱因斯坦的狭义相对论已经问世了六年,可是几乎没有人能够理解它、甚至几乎没有人对它感兴趣。证明光线能够拐弯的实验是上个世纪最重要的物理实验之一,可惜当时大多数物理学家都没有意识到它的重要性。
  他于1915年发表了广义相对论,甚至还计算出了星光在穿过太阳附近时将会产生的偏折角度:大约为1.75角秒!也就是在1915年,著名的英国天文学家、剑桥大学天文台台长爱丁顿辗转得到了爱因斯坦的论文。爱丁顿被爱因斯坦“优美又有力”的论文彻底倾倒,他认为如此重要的理论应该尽快介绍给英国人知道。可是当时是战争最胶着的时期,整个英国反德情绪严重,根本不可能去发表一篇德国人的文章,不过爱丁顿还是想了各种办法在英国介绍了爱因斯坦的发现。
  1919年英国派出两支日食观测队,一支由戴森带队到南美洲巴西的索布拉;另一支由爱丁顿带队到非洲西岸的普林西比岛。1919年11月戴森在英国皇家学会和皇家天文学会上宣布:这次远征队的观测结果支持爱因斯坦的理论,“他是对的!”
  在英国皇家天文学会宣布结果后,伦敦《泰晤士报》于11月7日发出头版头条新闻,以粗粗的黑体字写道:“科学的革命:牛顿思想被推翻!”,爱因斯坦从此也迅速变成一名科学的偶像:你只要想想,他关于宇宙的那些神奇思想竟然可以通过一次日食来验证,这还了得!
  尽管英国皇家学会和皇家天文学会为此押上了它们全部的荣誉,科学界内仍然涌动着阵阵质疑的声浪,不少人怀疑爱丁顿和戴森发表的结果。
  三年后的1922年澳大利亚发生日全食,这次坎贝尔亲自带队参加了观测。由于经过周密的准备再加上老天帮忙,这次观测大获成功,观测的精度也大有提高。坎贝尔自己得到的结果是1.72角秒,与爱因斯坦计算的1.75角秒非常吻合。
  根据这一观测结果,坎贝尔立刻宣布承认广义相对论的科学性和正确性。以后在1929年、1936年、1947年和1952年等多次日全食时,世界各国的天文学家都组织了检验光线弯曲的观测,精度也越来越高,所有的结果都显示爱因斯坦的理论是正确的。到了二十世纪六十年代初,全世界的天文学家都开始公认太阳对星光有偏折、爱因斯坦的预言比牛顿力学的预言更接近于观测值,历时近四十年的这场比赛终于结束,爱因斯坦赢了。
  今天随着科学技术的进步,我们可以不必等到日食的出现,直接用射电望远镜观测星体发出的电波在太阳引力场中的拐弯,当然,实验的结果都无一例外地证明了爱因斯坦的理论。
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