激光行业一周焦点：先进激光器与激光核聚变

2013-10-30 00:03

　　7、光或可打破牛顿第三定律

　　艾萨克·牛顿(Isaac Newton)被骗了！激光脉冲已经实现了在光学纤维线圈附近自我加速，这似乎打破了物理学定律，也即每一个作用力具有相同的反作用力。这项研究利用了一项小技巧使得光看起来似乎是有质量的，虽然这略有欺骗之嫌，但有朝一日或者能导致更快的电子元件和更可靠的通讯。

　　根据牛顿第三运动定律，当一个小球撞击另一个小球，这两个小球应该相互撞开。但如果其中一个小球具有负质量，那么这两个小球相撞后应该会朝相同方向加速。这种效应或可用于直径驱动，一种推测性的“发动机”，里面的正负质量相互作用导致能够实现永恒加速。美国宇航局自20世纪90年代就开始探索这一效应，试图为更好的太空飞船推进制造直径驱动。但其中存在一个问题：量子力学描述了物体不可能有负质量。即使是有带负电的粒子组成的反物质也具有正质量。

　　“在量子理论力学领域描述负质量并没有太大的差别，”澳大利亚悉尼大学的阿尔奇尔·科巴希泽(Archil Kobakhidze)这样说道。因为这一方程式涉及的术语都是质量的平方，因此任何负的质量都会最终变成正质量。“这并没有任何实际的意义。”

　　现在，德国埃尔兰根-纽伦堡大学的尤尔夫·佩舍尔(Ulf Peschel)和他的同事利用“有效质量”制造了一种直径驱动。由于光子以光速传播，因此它没有任何静止质量。但如果你朝某种分层物质，例如水晶，发射光脉冲，那么有些光子会被其中一层物质反射回来然后又被另一层反射向前。这延迟了部分脉冲，从而导致它干涉了剩余的脉冲，从而导致传播物质的速度变得更慢。

　　“这有点类似频闪观测器，”澳大利亚堪培拉澳大利亚国立大学的德拉戈米尔·内舍夫(Dragomir Neshev)这样说道。他并没有参与这项研究。如果你观察闪光灯下的车轮轮辐转动，它会显示不同的移动速率，有时候甚至是倒退的。

　　当物质减慢了与能量成比例的脉冲的速度，那么它将表现出似乎具有质量——这被称为有效质量。取决于光波的形状和水晶的结构，光脉冲可能会有负的有效质量。但这种脉冲与具有正有效质量的脉冲发生相互作用时需要一块水晶，但后者如此长以至于能够在两束脉冲显示直径驱动效应之前吸收光。

　　为了克服这个问题，佩舍尔在两个光导纤维电缆线圈里创造了一系列激光脉冲。这种脉冲会在两个线圈之间某个接触点分离，每个线圈里的光继续朝同一方向移动。其中的关键在于一个线圈比另一个略长，因此进入较长线圈的光会相对延迟。当脉冲返回并在接触点分离，它会与另一个线圈里的脉冲分享其中某些光子。在经过几轮这样的运行后，脉冲会发展一种干涉样式从而产生有效质量。

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