光速與超光速的故事(二)

2017-12-6 13:00 作者: 春耕

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(二)超光速與富利葉光學

關於超光速的最大突破是華裔科學家王利軍在2000年7月做出的。

2000年7月的《自然》雜誌發表了王利軍的一個試驗[1]:一個光脈衝還沒有到達試驗氣體,氣體的另一側光脈衝就已經出來了。

在一個30度C銫原子空腔上外加磁場,四束偏振雷射被引入該空腔,並被調到合適的參數。這時一束探測光被引入這個空腔,兩個光探測器分別在探測光進入空腔前和出空腔後監控探測光。實驗發現,合適的實驗參數可以使探測光提前62ns穿過空腔。可是6厘米長的空腔真空光速只要0.2ns就可以穿過。就是說,探測脈衝離空腔入口還有10多米的時候(6厘米X 62ns/0.2ns),空腔出口就已經可以探測到這個光脈衝了!

這種現象實際上早已被預言,王利軍首先漂亮地在實驗室中展示了這種現象。按照波動光學的說法,任何光脈衝都要用富利葉變換分解成各種單色光,每一個單色光都是從無窮遠延伸到無窮遠。我們之所以看到的是一個侷限在很小范圍內的光脈衝,是因為遠處的各種顏色的光線相互抵消。那麼在特定條件下,遠處的光線不能相互抵消了,這個光脈衝也就以超光速一下子跑前面去了。

富利葉變換只是一種數學工具。為瞭解釋各種各樣的光與物質的相互作用,富利葉變換之外又有各種物理概念和數學工具被引入。利用它所預言或解釋試驗現象的物理概念卻未必對。其實許多光現象都與另外空間有關。這裡我們也可以用另外空間來試著解釋一下。

首先速度的概念在不同的時空中就不管用了。如果先進入另外空間,然後再回到我們的空間,表觀速度就可能大於或小於光速。一個光脈衝在我們這個空間一產生,在另外許多空間也都同時有它的表現了。反過來,另外空間的光一產生,在我們這個空間很可能也有相應的表現。也許雷射本來就是另外空間的光表現在我們這個空間裡。許多現代科學中研究的神奇的相互作用與光現象都可能來源於另外空間。像電現象,磁現象,可見光以外的各種光。

[1]L.J.Wang,A.Kuzmich and Dogarlu,Nature 406,277(2000)


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