自然法則明確指出，光線必須沿著直線前進(jìn)且有一定的速度。如今，南非約翰內(nèi)斯堡的維特沃特斯蘭德大學(xué)研究人員證明，激光可以沿著螺旋路徑穿越空間，能在射向遠(yuǎn)方的時(shí)候加速和減速。這是科研人員第一次觀測(cè)到有角度的加速光，可能帶來(lái)借助此類特殊結(jié)構(gòu)光場(chǎng)的新應(yīng)用。
維特沃特斯蘭德大學(xué)物理學(xué)院教授安德魯·福比斯和實(shí)驗(yàn)室工作人員在《物理評(píng)論A輯》雜志網(wǎng)絡(luò)版發(fā)表的論文中給出了上述實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)日前報(bào)道，在最新研究中，研究人員首次證明了沿角度加速的光，以及其能被加速和減速的真實(shí)性。這種角加速可以被一個(gè)單參數(shù)控制，這個(gè)參數(shù)可以隨時(shí)用一個(gè)刻入數(shù)字全息圖的標(biāo)準(zhǔn)液晶顯示屏來(lái)調(diào)整，這塊顯示屏比家用液晶電視屏還要小。
研究小組創(chuàng)建的能展示有趣物理屬性的復(fù)雜光線，可以用來(lái)探索一系列實(shí)際應(yīng)用。
福比斯解釋說(shuō)：“我們的角加速依靠軌道角動(dòng)量，即所謂的‘扭曲光’現(xiàn)象。”
把波前光扭曲成螺旋形狀后，光線就能承載軌道角動(dòng)量。在非恒定速度中的光旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致角加速度，而且，光線的加速和減速傳播定期從一種模式切換到另一種模式。之后經(jīng)螺旋路徑通過(guò)空間，螺旋就像發(fā)條一樣旋緊導(dǎo)致光可以被加速，松懈之后又形成減速。
有意思的是，通過(guò)如此這般“扭麻花”，自然地給光場(chǎng)提供了附加動(dòng)量，導(dǎo)致其加速旋轉(zhuǎn)。
福比斯本人今年三月加入維特沃特斯蘭德大學(xué)物理學(xué)院，他本意是要促進(jìn)新的結(jié)構(gòu)光源實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，專注于用數(shù)字全息圖創(chuàng)建自定義光場(chǎng)。此前，他和團(tuán)隊(duì)成員就成功證明了光線可以被旋轉(zhuǎn)。
目前，該團(tuán)隊(duì)希望將角加速光這一新的光學(xué)領(lǐng)域的有趣工具，用于研究基本物理過(guò)程，例如用光驅(qū)動(dòng)微流體流動(dòng)等。
根據(jù)愛(ài)因斯坦的相對(duì)論，光是可以不沿直線行走的，也就是光會(huì)拐彎。
早在1911年，愛(ài)因斯坦就在一篇論文中預(yù)言：當(dāng)恒星的光線擦過(guò)太陽(yáng)時(shí)，會(huì)因?yàn)樘?yáng)的引力而產(chǎn)生彎曲，而且我們可以測(cè)出這種光線的拐彎。愛(ài)因斯坦還給出了測(cè)量的方法：在日全食時(shí)，當(dāng)太陽(yáng)光線被完全遮擋后，可以通過(guò)測(cè)定此時(shí)一些恒星的位置，并和平時(shí)這些恒星的位置相比較，如果發(fā)現(xiàn)恒星的位置偏離了平時(shí)的位置，就證明恒星的光線發(fā)生了偏折。當(dāng)時(shí)愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論已經(jīng)問(wèn)世了六年，可是幾乎沒(méi)有人能夠理解它、甚至幾乎沒(méi)有人對(duì)它感興趣。證明光線能夠拐彎的實(shí)驗(yàn)是上個(gè)世紀(jì)最重要的物理實(shí)驗(yàn)之一，可惜當(dāng)時(shí)大多數(shù)物理學(xué)家都沒(méi)有意識(shí)到它的重要性。
他于1915年發(fā)表了廣義相對(duì)論，甚至還計(jì)算出了星光在穿過(guò)太陽(yáng)附近時(shí)將會(huì)產(chǎn)生的偏折角度：大約為1.75角秒！也就是在1915年，著名的英國(guó)天文學(xué)家、劍橋大學(xué)天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)愛(ài)丁頓輾轉(zhuǎn)得到了愛(ài)因斯坦的論文。愛(ài)丁頓被愛(ài)因斯坦“優(yōu)美又有力”的論文徹底傾倒，他認(rèn)為如此重要的理論應(yīng)該盡快介紹給英國(guó)人知道?？墒钱?dāng)時(shí)是戰(zhàn)爭(zhēng)最膠著的時(shí)期，整個(gè)英國(guó)反德情緒嚴(yán)重，根本不可能去發(fā)表一篇德國(guó)人的文章，不過(guò)愛(ài)丁頓還是想了各種辦法在英國(guó)介紹了愛(ài)因斯坦的發(fā)現(xiàn)。
1919年英國(guó)派出兩支日食觀測(cè)隊(duì)，一支由戴森帶隊(duì)到南美洲巴西的索布拉；另一支由愛(ài)丁頓帶隊(duì)到非洲西岸的普林西比島。1919年11月戴森在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)和皇家天文學(xué)會(huì)上宣布：這次遠(yuǎn)征隊(duì)的觀測(cè)結(jié)果支持愛(ài)因斯坦的理論，“他是對(duì)的！”
在英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)宣布結(jié)果后，倫敦《泰晤士報(bào)》于11月7日發(fā)出頭版頭條新聞，以粗粗的黑體字寫道：“科學(xué)的革命：牛頓思想被推翻！”，愛(ài)因斯坦從此也迅速變成一名科學(xué)的偶像：你只要想想，他關(guān)于宇宙的那些神奇思想竟然可以通過(guò)一次日食來(lái)驗(yàn)證，這還了得！
盡管英國(guó)皇家學(xué)會(huì)和皇家天文學(xué)會(huì)為此押上了它們?nèi)康臉s譽(yù)，科學(xué)界內(nèi)仍然涌動(dòng)著陣陣質(zhì)疑的聲浪，不少人懷疑愛(ài)丁頓和戴森發(fā)表的結(jié)果。
三年后的1922年澳大利亞發(fā)生日全食，這次坎貝爾親自帶隊(duì)參加了觀測(cè)。由于經(jīng)過(guò)周密的準(zhǔn)備再加上老天幫忙，這次觀測(cè)大獲成功，觀測(cè)的精度也大有提高?？藏悹栕约旱玫降慕Y(jié)果是1.72角秒，與愛(ài)因斯坦計(jì)算的1.75角秒非常吻合。
根據(jù)這一觀測(cè)結(jié)果，坎貝爾立刻宣布承認(rèn)廣義相對(duì)論的科學(xué)性和正確性。以后在1929年、1936年、1947年和1952年等多次日全食時(shí)，世界各國(guó)的天文學(xué)家都組織了檢驗(yàn)光線彎曲的觀測(cè)，精度也越來(lái)越高，所有的結(jié)果都顯示愛(ài)因斯坦的理論是正確的。到了二十世紀(jì)六十年代初，全世界的天文學(xué)家都開始公認(rèn)太陽(yáng)對(duì)星光有偏折、愛(ài)因斯坦的預(yù)言比牛頓力學(xué)的預(yù)言更接近于觀測(cè)值，歷時(shí)近四十年的這場(chǎng)比賽終于結(jié)束，愛(ài)因斯坦贏了。
今天隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我們可以不必等到日食的出現(xiàn)，直接用射電望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)星體發(fā)出的電波在太陽(yáng)引力場(chǎng)中的拐彎，當(dāng)然，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果都無(wú)一例外地證明了愛(ài)因斯坦的理論。
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