爱因斯坦被誉为现代物理学之父,他其中一个著名理论,就是没有任何物质的运动可以超越光速。围绕有关基础,学界多年来于科研上更取得不少进展。今年,香港科技大学物理学系助理教授杜胜望及其团队,更就有关理论取得重大实验突破。
他们透过电磁诱导透明技术,将单一光子(Photon)中的光前驱波分离,并首次证明任何光子都不能超越光速极限,确切证实爱因斯坦的理论。是次实验结果,也基本推翻透过光子作时间穿梭的理论假设,未来要制作任何时光机,亦只能另辟蹊径。
光速每秒近30万公里,即可环绕地球7个圈,根据爱因斯坦理论,那一直被视为极限速度。约十多年前科学家一度发现,由一大群光子组成的光脉冲,能出现超光速“视觉效应”,虽然那未足否定爱因斯坦理论,但亦令不少人科学家寄望,尝试以单光子超越光速并传递信息及时间穿梭的可能性。
为探索有关问题,科大杜胜望与其队伍花了3年时间研究,终在今年得出成果,于上月出版的《物理评论快报》发表作焦点介绍。在实验中研究人员先产生一对单光子,并控制其形状,引导其中一个光子通过一团激光冷却的铷原子,利用电磁诱导透明效应,成功将光前驱波(Optical precursor)从单光子中“拆开”。
实验进一步发现,光前驱波就是单光子速度最快的“前驱”部分,而光速移动则是其极限,也就是说,单光子根本无法超越光速,为其速度写下结论。是次实验首次为爱因斯坦相关理论提供充分证据,也说明在物理现象中,结果不能先于原因出现。
杜胜望指,若从应用层面看,研究结果主要有两个意义:一是证明了单光子不能超越光速,从而减低其它实验走错方向的机会,例如时间穿梭的研究,将不可能透过光子来实现;二是为未来信息传输加密带来新启示,即如通讯只透过单光子进行,过程中只要一有干扰或接触,就会立刻被发现。
08年加入科大的杜胜望又表示,由于单光子的研究不易控制,现时世界上专家并不多,他们的研究可说是“走在世界最前”,未来也面对极大挑战。虽然有关实验大部分仪器均是自行组件,但3年亦已耗资达300万元,资金分别来自科大及捐赠,但去年起亦开始获研资局拨款,继续研究单光子特性。
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