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光啊,你慢些走

(2006年06月02日 10:45)

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印象中光總是來也匆匆,去也匆匆,讓人抓不住蹤跡,總希望能給光踩一腳剎車,看清它的模樣,說一句︰“累了嗎?歇歇吧。”而現在,科學家真的能勒住光的韁繩。別再以為光是“神行太保”,它也可能像蝸牛一樣蜿蜒蠕行。
  小學生都知道,宇宙中光跑得最快,這不僅表現在光的速度快,而且它走的路線一定是最短。在真空中,光速能達到每秒29.979萬公里。光從太陽射到地球,用不了8分鐘。而一束月光照到大詩人李白的床前,僅需2秒鐘。不過宇宙太大了,從最近的一個星系發出的光要經過200萬年才能到達地球。
  1999年,科學家進行了一次革命性的實驗,首先使光速減慢,幾乎達到與城市公路上行駛的汽車一樣的速度(時速60公里)。隨後,又接近于人散步時的速度(時速1.6公里)。2001年,他們甚至讓光直接停了下來。這听起來似乎是不可能,但它的確是真實的。
  科學家早就知道,光的傳播速度不是一成不變的,而是在不同的介質中有著不同的速度。光的最快速度只有在真空和物質稀薄的空間才能達到,例如在空氣中;光在進入水或玻璃等介質後,由于折射傳輸速度會變慢,但在普通的光學材料里光速一般只會減慢到原來的幾分之一,還是太快了。
  科學家采用的新“介質”由施加激光後的超低溫原子雲構成。研究人員首先將大量鈉原子組成的原子雲冷卻至接近絕對零度(-273.15℃),形成所謂的“玻色-愛因斯坦凝聚”狀態(這種物質凝聚態的存在是1924年愛因斯坦和印度物理學家玻色預見到的。根據他們的理論,當一批原子被置于極低溫度的高度真空之下時,它們之間的相對距離減至最短,原子就失去單個粒子的身份,而表現得像一個單一的“超級原子”),在這種狀態下原子的速度幾乎等于零,結果鈉原子就被迫互相重疊,形成一種“凝聚物”。這種“冷凝物”一般會吸收照射它的光線,但科學家使用一種特殊激光束對其進行處理,使光可以通過,然後經過調整可以使光速降為零。這種控制激光束可與某種“手閘”相類比︰當鈉原子被控制激光束照射時,處于一個激發狀態,光通過時表現為透明介質;相反,如果控制激光束減低強度,鈉原子不再表現為透明介質,轉而吸收光。
  科學家們將一束黃色激光通過該“冷凝物”後,成功地觀測到了黃色激光速大幅度降低的現象。穿過“冷凝物”後出來的激光肉眼無法看到,但是儀器顯示它的顏色與進入時的激光顏色相同。慢化光速的實驗者是丹麥女科學家、美國哈佛大學物理學教授莉娜•豪(LeneHau),她被認為是有望獲得諾貝爾獎的人物。
  慢化光速無論是從理論上還是從實際應用上均是意義非凡,而對計算機領域更是如此。使光子停止,操縱光子以便把信息輸入光子,然後根據需要再將光子發往某地以及某時再發。這種可能性使人們看到了新一代計算機的曙光,可以預見它比目前計算機的功能要強大幾千倍,這就是所謂的量子計算機。
  此外,利用它可開發將不可見的紅外線轉換為肉眼可識別的可見光的技術、減少通信系統中的噪音以及研制性能更好的視頻顯示和夜視裝置等。

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