单个的光子速度仍无法超越光速极限
最近,科学家成功地得到波形可控的单个光子并进行实验,结果发现在单个光子情形下,爱因斯坦的理论依旧有效:单个的光子速度仍然无法超越光速c的极限。 由香港科技大学杜胜望教授领衔的一个物理学家小组近日在《物理评论快报》上发表了他们有关单个光子速度的论文。这一研究结果对于最大信息传播速度理论有着深远影响,它首次证实单个光子情形下因果律依然有效,即:结果不能先于原因出现。 爱因斯坦理论中最广为人知的说法之一就是“光速无法超越”,这也确实是现代物理中最基本的基础之一。但是到目前为止,实验仅仅验证了这一理论的一部分,即一大群光子以及它们所携带信息的传播速度是符合这一规律的,因此物理学家们一直以来都想证实,在单个光子的情形下,这一理论是否同样成立。 杜胜望教授告诉PhysOrg.com:“我们最大的成就是,我们的实验结果为光携带信息的最大传递速度之争画上了一个句号。这将加深我们对于光的波粒二象性以及量子力学本质的认识。在爱因斯坦提出‘光子’这一名称100多年后,我们让人们对于光子可以看到一个更加清晰的图景,从而修正之前存在的一些错误的或者说误导性的观点。” 在最近几年间,全球有数个小组一直在致力于用实验证明光究竟可以达到多高的传播速度。尽管先前的实验已经证明光的“群速度”可以超越光速c,但是“信号速度”——即光携带信息的传播速度,不行。由此,物理学家们希望了解单个光子情形下,其传播速度将遵循群速度还是信号速度。 为了回答这一问题,杜胜望教授的团队不仅要获得单个光子,还要将“光前驱”,即一个光学脉冲前端的波形属性,从光子的其它部分剥离开来。先前进行的,基于宏观电磁波传播(即包含大量光子)的实验已经证明,光前驱是一个光学脉冲中传播速度最快的部分。而此次杜教授的实验则是首次证明,在单个光子层面同样存在这种光前驱,并且它们同样也是单个光子波形中传播速度最快的部分。 为了分离单个光子中的光前驱,科学家们首先获取一对光子,随后让其中一个光子通过一群低温状态下的铷原子,并与此同时使用一台光电调幅器来控制光子的波形。这些原子将产生一种被称为“电磁诱导透明”(EIT)的效应,这使得科学家得以将单个光子的光前驱从整个波形中分离出来。当光前驱和光子的其他波形部分通过第二群铷原子时,科学家们便能分别测量光子的这两个部分的传播速度。 |