提到“快”你会想到什么?是在高速公路上每小时驰骋100公里的汽车,还是在铁轨上时速超过200公里/小时的高铁,亦或是以800公里时速在天空中翱翔的飞机?然而这些都不是我们所能接触到的,最快的速度,因为在我们身边,有一种更快的存在——光。
光究竟有多快?在不进行干涉的情况下,光每秒钟便可以传播超过30万公里的距离,相当于绕了地球7圈半。也正因如此,光速是目前人类认知里的最快速度。那么假如有一天,人类让光“慢”下来,甚至“留”住了光,会发生什么事呢?
事实上这并非天方夜谭,德国科研团队就曾让光停留了一分钟,但这一分钟,并不是人类留住光的极限。就在最近中国科学技术大学郭光灿院士团队成功地让一束长600米的光在一个5毫米的特殊晶体中停留了1小时。这一结果目前已经在国际学术期刊《自然·通讯》中发表,而相关的团队也接受了媒体的采访。
“留”住光听起来匪夷所思,其实如果从原理上来解释,可能初中生就能理解。我们都知道光速很快,但是这并不意味着光速无法改变。这时候可能有读者会说了:“课本上说光速是恒定的!”确实,在理想条件下,光速是恒定,但是注意,是理想条件。这里的理想条件是什么呢?真空。事实上,光只有在真空条件下速度是恒定的,但是如果传播过程中存在介质,那么光的传播速度同样会受到影响,并且,这个影响和介质的折射率有直接联系。像空气的折射率接近1,所以光在空气中的传播速度与真空中传播速度几乎一样,而水的折射率是1.3,玻璃的折射率是1.5,所以光在水和玻璃中的传播速度会有所下降。换言之,只要我们能提供一个可供光传播,并且折射率足够大的介质,那么光的传播速度便可以慢下来。当然实际的操作过程会更加复杂,并且还涉及到了光场的激发等内容,这部分更加专业难懂,或许需要有一定基础的读者自己去寻找学术论文来了解了。
那么这项研究究竟有什么意义呢?笼统地来说,这项研究或许会改变我们未来的生活方式。目前,人类在观测、信息通讯、信息安全领域其实都在依赖光,而对于光的“捕获”能力,其实也限制了技术的上限。但如果可以将光固定在一个小小的晶体中,相对来说,单位空间内我们便可以收集到更多的信息。这个概念很复杂,如果简单地来概括——依靠这项技术,未来我们有望实现信息通信、数据存储、天文观测上精度、准度、速度的突破。
当然,从目前的研究来说,这项技术想要走出实验室投入正式使用仍然存在很多难点,不过从随着设备的不断进步,科研的不断深入,或许实现技术突破并投入实际使用,只是一个时间问题。