量子科学大突破 光线静止不是梦

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据福克斯新闻网报道，科学家们宣称他们在实验室里能够让光完全静止并在释放后令人其达到每秒186,000英里的速度运动。这是科学家对光-这一宇宙中迄今运动最快的物质，所做的一系列研究中的最重大发现。量子科技的难题即将获得重大突破，运算更快的量子电脑，以及高隐密性的量子传输，都不再是遥不可及的梦想。

   进行这一研究的两组科学家，分别是来自哈佛大学的Lene Vestergaard Hau教授和哈佛-史密森天文研究中心的Ronald L. Walsworth及Mikhail D. Lukin。他们的这一最新研究成果即将出版在最新一期的《自然》和《美国物理通讯》杂志上。

   科学家们对光究竟是具有粒子还是波动的特性一直争论不休。不过量子力学的出现，说明了光子其实具有粒波二性，而根据量子科学，电子上,下旋的特征，再加上它的重叠及对称性使其在电脑上应用前景极大，用量子技术制造的电脑功能将十分强大，远远超过目前以1与0方式运算的电脑。不过，这些技术都涉及光线储存问题，而光的散逸特性，让科学家们迟迟无法解决这个问题。

   Walsworth和Lukin曾经进行实验，可以把光的运行速度降缓甚至停止，他们把光束引入含有铷气的容器内，光线就会越来越黯淡，随后运行速度就会趋缓甚至停止。而引入另一股光束进入容器后，原来的光线就会再度恢复。

   这两组科学家很快就进入下一阶段，希望可以完全阻止光线散逸。他们都利用了EIT（电磁诱导透明）的技术，通过对某些气体进行特殊处理令其变为透明。

   举例来说，暗红色的镭射光谱频率，比较容易激发铷气，因此，就和音叉的拍频原理一样，利用两个频谱差异极小的光束，就可以生成一个铷气不容易吸收的光频，所以在第一道光束进入后，在投入第二道频谱接近的光线，就可以让铷气产生透明的“窗口”。

   但是，气体的原子还是对新的光频极为敏感，根据量子力学的理论，光线通过后所造成的互动影响，还是会让光线的移动速度减缓。不过，虽然可以减缓光的速度，但是却还是无法让光线停止，而且，随着光能越来越多，这个透明窗口，也会越来越窄小，甚至到了最后，光线就完全不能通过。

   斯坦福大学的物理学家Stephen Harris在1999年曾与此次实验的参与者Lene Vestergaard Hau教授合作在实验室中将原本运行速度是每秒186000英里的光束，降为只有38英里的时速。在谈道这次最新研究成果时，Stephen Harris激动地说：“这绝对是独一无二的！”。

ReadWorld 编辑 编译自 FOXnews

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时光之旅
谢尚贤(2000-09-19)

　　物理学展开了一项重大研究，但有些事很难会得到学界认同，正如史提分霍金（Prof. Stephen Hawking-Cambridge University）所说：

　　研究时空穿梭的物理学家，要小心不要被冠以怪人之名，或被指浪费公帑研究妙想天开的事，但无论如何这是一个重要的课题。

　　现在科学正处于典型突破性时段，我们所知不多，有正反之争，甚至已有的论据也不实在，那是很迷惑和重要的时刻。我们还不太了解时间的本质，牛顿认为时间像条河流，时间流动，人随水飘流，大自然利用时间令万事有序，时间的定义不是三言两语就能说清楚的。

　　对于爱恩斯坦的相对论的评价极高，因为他在其中为时间下了定义，分析人和时间的关系。在相对论中爱恩斯坦提出人或任何物体移动得越快，时间便过得越慢。在1971年，有实验证明爱恩斯坦是对的，实验利用四个原子钟在飞机上环游世界，希菲尔（Prof. Joe Kafele -Christopher Newport University）和基庭（Richard Keating - USNaval Observatory）将原子钟所示的时间，与地面上的时间作比较，最初他们不知道会有何结果。几十年后的今天，现代的原子钟比以前的更精确，这次由伦敦国家物理实验室与希菲尔合作做实验，在一次越洋飞行中量度时差，他们在飞机上问飞机师取资料，再用爱恩斯坦的方程式算出时差。假设你会活到一百岁，并且一辈子在飞机上生活，环游世界，那么你便会比其他人长命万份之一秒。以747客机的速度来说，出现的时差不大，旅程由伦敦出发，原子钟显示的是国际时间，然后到达美国时用相同时间制比较，结果真的成功了，实验结束时两边的原子钟时间不同，相差四十奈秒，飞机上出现时差，一如爱恩斯坦所料。但不只原子钟会走慢了，虫洞两端也会有时差，因此可能能充当时光机器。

　　如果你聪明并且思想先进，你便能以数种方式用虫洞穿梭时空，我指的是能够随心所欲但无法打破基本定律的人。方法是将一边虫洞口送到太空，以接近光速的速度将那洞内的时间拖慢，情况如747客机上的实验一样，但层次更高、速度更快、旅程更长，当将这洞口带返回地球时，洞内的时间会比地球上的慢，比洞口的另一端更慢，虫洞变成时光隧道。如果我走进这洞去，我该可以从另一端回到昨天或更后的过去。

　　理论上虫洞可用作充当时光机器，但实行又是另一回事，一个人纵使思想非常先进，但制造时光机器的方法仍是未知之数。根据爱恩斯坦理论所发现的虫洞是转瞬即逝，洞口张合得很快，快得想用它回到过去的人不单只不能穿越进去，还会夹在洞口。而问题也不只一个，虫洞比原子还要小亿万倍，小得不能用，若人类想用它来穿梭时空，就要想办法拉开和固定洞口。

　　但我们如何拉开洞口让人能够安全进出呢？这就需要一些特殊物质，一些带负能源的东西。但若想要将洞口拉至一米宽让人进出的话，就需要约负一内量子的特殊物质（即负一木星的质量）。而一般物质都带有正能源的，那是否就没有带负能源的物质呢？时光机器便没法成为事实呢？不是的，在西雅图的一所实验室内，物理学家拉蒙诺（Prof.Steve Lamoreaux - Washington University）便制造了负能源，而另一物理学家维沙（Prof. Matt Visser - Washington U.）虽然是负能源理论专家，但却从没见过负能源。实验中的负能源是从真空里产生出的，位于两块平面间的小缝里，当两面靠近时，中间不会有长波段外的光子，于是部份能源会被隔开，如此一来平面间的能源会比外面的能源量低，两平面间就产生引力，引力再把两块平面拉近，而这一步很重要，因为这一步将能源密度变为负极，正是它转化成特别物质的关键。实验中可量度出微小引力，这是科学上的大胆之举，但可量度出负能源。

　　维沙说：┏我们认为这实验可证明世上有特殊物质-负能源真的存在。┛世上真的有负能源，将来一个思想非常先进的时空旅行家或许有足够的负能源将洞口拉开和固定，然后安全地回到过去。

　　既然有负能源，理论上虫洞又能用作时光机器，科学家科恩（Kip S. Thorne）便冒险公开了有关研究论文。科恩的研究引出了志同道合的科学家诺维哥夫（Prof. Igor Novikov Copenhagen Uni），诺维哥夫暗里研究时空穿梭已许多年了，主要是研究人以时空穿梭并试图改变历史时会遇上的困难。

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时光机器之说成立后，便要面对相反理论，如果人能重返过去改写历史，基本物理定律便会被打破，若我回到我还没有出生的年份去，杀死了未来的父亲，那我会怎样呢？会否立刻消失呢？要是这样便回不到过去，依似类推。但桌球便有助于我们明白时空穿梭的反论，剔除了人的意愿的复习问题，没有时光机器的话，用桌球物理论解释也很也简单明确，有时光机器的话情况就不同了，现在只能用这个桌球解释。虫洞口A和B为例，A是入口B则是出口若一个桌球想由A洞进入，但在还没有进入时它已先从B洞口走出来，且撞倒了正在想进入A洞的自己，被撞的球便没法进入，这就是反论，用桌球解释了□父论。当然，这个问题已不鲜，在文学、电影和科幻小说中也常有提及，而我们在说的不是空想，乃是严肃的科学。

　　为了想办法解释反论，诺维哥夫提出了一个理论，说万物并没有矛盾，只看能否找到没矛盾的解释，解释为何桌球会撞中自己。如果桌球也能重返过去，它就会把以前的自己撞进时光机器，球也藉著时光机器回到过去，击中自己，周而复始，这样就能自圆其说了。诺维哥夫反覆研究这条方程式后，认为只有这种解释可以成立。这就是基本定律，万物不能互相矛盾，是简单和最好不过的道理，而且有数据证明，这定律源自基本物理。

　　根据这定律，穿梭时空的人不能够改变历史，发生了就是发生了，不能改变，不能重来。但人不是机器，我们有个人意愿，要是坚持己见就能打破常规，做出不一样的事。但诺维哥夫对这点的回应是：┏假设我想走上一堵90度的墙上去，且不靠工具，但我不能够，因为违反了物理引力定律。引力令人无法走上这堵墙步行，也可说是引力限制了我的意愿。┛本世纪初，美国飞行员伊格成为超音速飞行的第一人，这证明了音障只是想像，并非真实存在，然而还有一道现时无法冲破的并障--光速。谈到光速，一切都变得诡异！若物体在空间移动越接近光速，越会进入未来；但若超过了光速，便会回到过去的时间。虽然我们现时的物理定律主张这点无法实现，不过或许有科学管导存在能让人回到过去，多年前的科学一致认同这是痴人说梦，但现在开始有理论模式显示这是做得到的，就是虫洞。我们已知虫洞存在于亚原子世界的泡沫中，但其开口比原子小数十亿倍。

　　纵使时空穿梭成真，其他定律也会阻止人改变历史。决意要改变历史的人，如果要传达讯息到过去，讯息就必须比光速更快，但现今物理阶段看似没可能，不过层有过一阵国际风波，因为有人声称能传达比光速更快的讯息。实验中的讯号被电子镜分成两部份（路径）来通过预设的设备，两讯号通过后再量度两者的比较。一组于空气间流动通过，另一组要穿过一重并障。做上述工序的人便是尼密之(Prof. Gunter NimtzUni. of Cologne )尼密之分柝了一组微波讯号，在波动显微镜下清澈可见在空气中以光速传送的一组讯号，以及另一组应该穿不过障碍的一组，结果出乎意料之外。透过波动显微镜可以看到讯号，看到那一组比较快，萤幕上两组曲线的位置不同，其中一组较早出现，就是越过了障碍的那一组。虽然只是大部份而不是全部穿过并障，但始终是穿过了，而且它比光速快得多。

　　尼密之相信较快的那一组讯号是以量子隧道这种特殊方式穿越障碍，此法在量子环境下可行，因为量子比原子小得多，是一个没有规律的世界，光子等粒子可以跳到这里、那里、那里、、没有特定规律，而光子在末端出现时，尼等人就量度它们的速度。而另一科学家赵雷蒙(Prof. Raymond Chiao -Uni. of California)是这方面的权威，但他反对尼的看法，而同意他的部份言语。在尼的实验中，光子能以光速的一点七倍穿越障碍，赵同意量子隧道，能让不规则光子冲破光速，但赵与及物理学界等人却不认同能以此不大规则的路径来传达讯息，赵说：┏讯息是控制得到的，但量子隧道作用的光子是不规则的，所以不能用来传达讯息。>而尼的回应是：┏没错！部份同行说这不能通讯，于是我们试用莫札特编号40的乐曲来以光速的四点七倍作传送，传送距离为十四厘米，而传送收录后的乐曲，在播放时，有接近九成的音调都是正确的。┛在这点上，赵和尼的意见不一，因为我们还不知道，量子世界里何谓讯号？

　　而笔者写到这里的时候不禁有一阵子心痛！因为有一个奇怪的风气或现象已发生在人类的历史上很久了，简单的说例如每每有些出色的科学家研发出一些或发现了一些比较过头的科学突破时，不但不能即时受到世人的赞叹及接受，反而被置诸不理、受人轻视等等。但过了一阵子的岁月时（研发者已去世时），人们不但异口同声的赞赏这神奇的发现还会做一些表面看来很推崇的事情，例如我们有：伽俚略号、泰斯拉线圈、、、等等，总之是用了已故成就者名字命名的东西，不过在他们在生的时候是不可能有人这样推崇他的！不知读者们有没有这样的感觉呢？笔者常自问为什么不能在当时来一起继续深造下去新发现的科学？如果每个出色的科学家都能像莱特兄弟为实现人类能飞行这个梦想这般穷追不舍的钻研的话，人类的科学和生活的改善将比现有的先进，例如泰斯拉技术起码晚了八十年！希望我们的后世人不会有一个名叫"尼密之超光速传送器"的东西啊！

　　虽然尼已是科学权威，但还是初次研究量子隧道论，而且因传送莫札特乐曲的实验，他几乎被视为疯子，反对者说那只是讯号流和载波，尼被以波纹的宽度反驳，但得不到他人支持。无论如何，这引发了以思想过程做的有趣模疑实验，德文为"纪登勤实验"，是将讯息传到宇宙远处的话会怎样？比光速快的话，讯息就会回到过去。假设一个"纪登勤实验"，如果我要将你出生的讯息用光速传到远方星球去，而在你二十岁时再传一次你已是二十岁，后来的讯息会比二十年前的先到达，如果那障碍横□地球与那星球，理论上就会产生隧道作用，传送比光速更快的讯息。也许有一天我们思想先进的子孙，能轻易或者甚至用虫洞回到过去。

　　但仍有一个问题，霍金：┏如果人真的能穿梭时空，为何今天世上没有充斥著未来的人？┛而这论调大有相榷余地，也许穿梭时空的人还不能来到我们这年代，也可能他们来自许多年后的未来，要重返愈远古的过后费用便愈贵，又可能他们已在我们四周，只是看不见，又可能已看见，但我们会以为他们是UFO或鬼魅。物理定律设下了回到过去时空的底线，在相对论中指出纵使发明了时光机器，也不能回到机器诞生前的时代，无论如何这点是相对论的不二规则，因为我们还没有发明时光机器。我们不能回到出生前的过去杀死父亲，但我们的孙儿就有可能回来杀死我？我们无法变改变历史，但未来的人能改变他们的历史？这不矛盾，如果时空穿梭和物理定律都是真的，这就是一定会发生的怪事，但整件事都只是理论，基本物理定律都是假设，唯有量子力学才能解释一切。如果你回到过去改变某些事物，最后必会置身于另一个平行的宇宙，无法再返回本身来自的那重宇宙，因为你被困住了，这理论名叫"多重宇宙理论"，而这理论提供了解释杀父谬误的说法。

　　科学家大卫杜治相信时空穿梭能够实现，他用复习的量子学解释为何未来的人没有在现代出现，简单来说宇宙由不规则的量子组成，万物由不规则的分量子组成，杜治所说的不规则属更大层面，量子力学认为世上不止一个宇宙，有些相似，有些不一样，有些空间和我们的空间只相差一颗光子或量子，差别较大的不会见到我们，有些甚至没有我的存在。这是以不规则定律所作的大胆推论，杜治认为每颗量子代表一个空间，他说的不是梦话，他有真凭实据，而且是物理学生必会做的著名实验，这个实验历史悠久，源自1909年。在实验中要有光源（光束型），光源会被镜子反射到这些缝隙里去，隔片上有两缝隙，在摄影机里可以看见那初步形成的交错图案，所谓交错图案就是镜头中间一组昏暗的条纹，有两条缝时才会出现。因为有两条缝时，光源就会分走两边，然后就像涟漪交错，有时候涟漪会融合，有时会互相抵消产生条纹，如果用滤镜将光的强度减弱至只有一颗光子能穿越缝隙，在液体氮下就会清楚看见一束光，在氮气下光束四散，去到滤镜前便停止，而滤镜隔开了肉眼所见的一切，但摄影机会拍摄到流过去的光子。光子一颗一颗的穿过夹缝，因此在萤幕上该只见到两条明亮的线，而不是会交错的条纹，但事实上并非如似，从电脑中可看到提示中的条纹结果。做这个单光子实验时，多颗光子所造成的图案，在强光下完全一样，人们想不透个中原因，书本中所读到的理论是由于光子是粒子，也是波纹，但现在才发现那是谬论。光子其实既固定同时又四散，杜治认为单一的光子能造出条纹，是因为附近另有肉眼看不见的光子，我们看不见的光子是另一个空间的光子，这宇宙在我们附近撞击原有的光子，令它们改变方向，这实验结果是杜治所见过最古怪的。它充份证明了世上不止有一个空间，否则不会有以上的实验结果。

　　如果世上真的有其他不同空间，这对时空穿梭研究就大有帮助了。

　　一个人回到过去是不一定会回到自己的空间，而是到了另外的。但有很多守旧的科学家还未太接受，就如诺维哥夫、科恩他说：┏我不敢说他不对，但如果要打赌，我就不敢说复习的了，我喜爱简单的单一空间宇宙论。┛而霍金也喜欢打赌，他与科恩就宇宙的本质打赌多年，在1974年他们打赌天鹅座X-1源是否一个黑洞，十六年后霍金终于向科恩认输。要实现时空旅行就需要用相对论来阐释宇宙结构，又要用量子力学来阐释当中细节，但这理论互有矛盾，因此要有一套能结合两者的新理论。

　　物理界的神圣使命是要研究出这样一套新量子重力论，但量子化重力论也和时空穿梭有关。宇宙另一端的庞大引力、黑洞中心及假设的单一性会在人藉著虫洞穿越时空时出现，当发现虫洞基于相对论而有可能被用作时光机器后，有科学家要想尽办法来阻止，他说时空穿梭很荒谬，有违自然定律，最后他想出一个颇牵强的理论来阻止别人制造和摧毁任何时光机器，就是假设有两个虫洞口，要利用来作时空穿梭，先将一个以尽量接近光速送上太空，回程时会转化成时光机器，便能利用它回到过去，但在它回程变成时光机器前，以数据来看，它会突然爆炸，那就再没有时光机器了！何解？似乎是因为粒子会不断在时空来回，大大提高了能源密度，将时空扭曲，因此无法穿梭时空。提出以上学说之人便是科学家科恩。但科恩发现了有个问题，由于有量子化重力，能源密度可能不足以令虫洞爆炸，当发现时光机器快将爆炸时，就在开动它的那一刹，新理论会取代原有的理论，因为新的量子化重力论会盖过旧论，那科恩想以爆炸论来阻止别人制造和摧毁任何时光机器的计划便会失败。

　　量子化重力论会阻止虫洞爆炸，时光机器便得以幸存。但一波未停一波又起，科恩拿这结果告诉霍金，问他的意见，但霍守旧地不接受这理论，他一成不变的还深信会爆炸，时光机器便不能诞生，他们争论了一阵子，出人意表地，一切返回零，连科恩也选择牵强的爆炸论！但这理论涉及不存在的量子化重力，不肯定它对时光机器或虫洞的影响，霍沾沾自喜自得其乐的称之为时间防护推测论说，说能保护历史学家的天地。于阻止未来人回到现代而言，最具效力的是科的爆炸论，他的理论建于推测时间防护之上，但推测的可信性比定律低，仍有很大机会是错误的，这就是推测的定义，在数学上推测就是挑战，供后人证明或推翻。那并非定律或理论，只是推测，因为还不能肯定爆炸论是否真的可行。一个出色的科学家是不会轻言放弃，永不言败是他们的嗜好，牛角尖是他们工作的地方，守旧的思想和只因已知定律规限做事，或思想的人，轻易立论说这样不能那样不能，只把已知定律局限常挂在嘴边用作逃避的藉口与交代，把自己困在死角即是对它说你已投降你不敢挑战它，有时成功的科学家是能冲破并障和带领著全人类的幸福与成功科技前进，成功的都不会多口沫，默默耕耘，回报终会找上他。

　　杜治说他相信终有一天人能穿梭时空，当发现有物质能冲破物理定律，他定会找到方法出来。科恩则说在十至十五年后就有分晓，当科学家能完全了解量子化重力论时，他便会下重注与霍金打赌，只是他不会愿意接受。霍说他不会与任何人打赌时光机器的可能性，因为他说害怕对方是来自未来的人，已心中有数。

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楼主的东东可以在标题上加上转吗？我还以为是LZ自己写的呢，