光速降到0的實驗
1999年,羅蘭科學研究所的哈佛大學物理學家萊恩·豪(Lene Hau)曾將光速降低了2000萬倍,達到每小時38英里的驚人速度,隨後又進一步降低到每小時15英里,這大概也就相當於腳踏車的速度了,2001年,萊恩·豪和她的科研小組成功的將光的速度降低到了0。
萊恩·豪(Lene Hau)先將金屬納在真空容器中加熱到大約350度,納就變成了氣態鈉原子雲,隨後她讓這些原子雲透過一個小孔,並用磁場隔離和構形形成了長徑約0.2毫米、短徑約0.01毫米的雪茄型氣態納原子雲,大約包含了500~1000萬個原子,接著她用來自各個方向上的鐳射束撞擊這些納原子,這有點類似於足球運動員停球,來回倒騰幾下,這些個小球就慢慢停下來了。
我們知道,溫度就是微觀粒子運動的宏觀表現,那麼這一團停下來的納原子雲相當多高的溫度呢?它們幾乎停下來後,其溫度只比絕對0度高5億分之一度。
在這樣一個極低的溫度下,這些鈉原子會呈現出一種奇特的態,即玻色愛因斯坦凝聚態,所有的原子緊緊的挨在一起統一行動,表現的像一個超原子一樣。
這時,打一束鐳射進去,OK!
降到0後發生了什麼?
發生了什麼?當光子進入後,它如同一個人走進了一個異常擁擠的車站,雖然它跑得很快,但是因為需要不停的和原子發生作用,吸收再放出,所以人們在測量其傳播速度時就顯得異常的慢,直至其將全部的能量轉移給了納原子雲,這取決於你用鐳射再次啟動它們的時機,實際上,萊恩·豪(Lene Hau)只是將光停了千分之一秒。
光速降低後,作為一旁的觀察者,你會看到什麼呢?你會看到打進來的光脈衝被壓縮,光線慢慢的變暗。當光速降到0後,將沒有光子到達測量儀器或你的眼中。是的,並沒有你所期待的神奇發生,或者說,能夠實現這一現象本身就已經足夠神奇了。
另一個例子將有助於你理解這一過程,另一組研究人員使用了一種更簡單的方法。他們並沒有將介質冷卻至接近絕對0度,而是發射鐳射束穿過密集的80攝氏度的銣和氦氣雲。光從一個原子反彈到另一個原子,逐漸變慢,直到停止。不需要超真空或超冷。但因為介質的能量干擾,當再次用鐳射啟動它們時,有一部分光子就再也不會出現了,這就是不用低溫的代價。
有啥用?
主要用於光計算機的研究。這種計算機使用光而非電子來傳輸和處理資訊,這2個例子中的裝置都可以被看作是光儲存器,他們未來的目標是製造晶片級的不超過指甲大小的量子光塞,入射光可以攜帶透過其頻率,振幅和相位的變化來表達資訊,該資訊將被儲存在量子光塞中,可以被訪問甚至讀取用於計算。
另一重要的用途是模擬和研究黑洞。海法以色列理工學院的物理學家傑夫·黑洞因其巨大的引力可以將光困住,這與此類實驗有異曲同工之妙,科學家們可以用類似的方法以模擬和研究霍金輻射。
結束了嗎,其實沒有!上面的實驗不是真正意義上的降低(好戲開場)
上述實驗中,我想大家也看出來了,他們並未實現真正意義上的光速降低到0,或者說沒有真正讓光子在真空中的飛行速度降低到0。
2015年,《科學》刊發了英國格拉斯哥大學一個科研小組的論文《空間結構的光子在自由空間中傳播的速度比光速慢》。
他們透過將單光子準直光波改變為貝塞爾光束和聚焦高斯光束(一種新的波型),然後透過精確的測量,發現與之前未改變的光波束相比,其在真空中的傳播速度變慢了,具體講是單光子 的群速度在1米的數量級上慢了幾微米,大約比真空光速降低了百萬分之幾。
文中指出,因為在自由空間中,單光子傳播的速度只取決於其群速度,因此可以說,這個實驗是真正的實現了光速的極細微的降低。
雖然這種降低幅度是微小的,但這個實驗確實顯示了光的波型對光的傳播速度有細微的影響。但是為什麼呢,到底是為什麼呢?文章中並未給出答案。
顯然,這距離你要的光速降到0還有很大的差距,來吧,我們繼續深入!
可能觸及本質
我們知道,根據麥克斯韋的電磁方程可以推匯出真空光速C與2大因素有關,即:真空介電常數和真空磁導率。
而目前這2項都被確定為常量,那是不是可以透過改變這2項的值去改變光速C的值呢,看著上面的公式,要是真空介電常數和真空磁導率都無限的變大,那麼C的值就會無限的變小,對吧。
那麼真空介電常數和真空磁導率要怎樣被改變呢?
2013年,法國巴黎奧賽大學的馬塞爾·厄本(Marcel Urban)在《歐洲物理學期刊》刊發一篇論文指出,真空的帶電虛粒子的漲落及其密度,會影響真空介電常數和真空磁導率!
在他的論文中,馬塞爾·厄班和他的同事首次建立了詳細的量子機制,並利用量子漲落,正確地計算出了光速的數值。並指出,光的傳播速度在50億億分之一秒內會發生波動。而這是由真空帶電虛粒子的湮滅波動引起的!
這可能觸及真空和光速的本質!
光速為0的大膽的猜想
也就是說,只有真空帶電虛粒子的漲落及其密度改變了,或者說真空帶電虛粒子的電荷數及密度持續大幅度的增加,才會讓光速降低甚至到0。
那麼,按這個邏輯反過來,光速為0的情況下,帶電虛粒子的漲落及其密度或者說真空介電常數和真空磁導率2者或之一就會變得無窮大!
而虛擬粒子具有普通粒子的某些特徵,只是其存在受到了不確定性原理的限制,這樣的話,我們可以想象,虛擬帶電粒子和帶電普通粒子的電荷和密度是不是也會趨於無窮大!
接著我們根據這一條件就會得出一個驚人的結論:所有的物體都會變為黑洞!
為什麼?因為帶電的傳遞強相互作用力的帶電π介子,具體說來就是π正和π負會變得異常的多(密度大),因些,強核力會變得無窮大,同時,也電磁力也會變得無窮大,別說無窮大了,哪怕大一點,核子都會將電子拉入其中,並且其緻密性都將強大到壓垮自身,接著,便是萬物俱黑!