科技日報記者 劉霞

一個國際科研團隊在26日出版的《自然》雜志上發(fā)表論文稱，他們首次直接測量了光波中“暗點”的運動速度，證實了上世紀70年代的一項預(yù)言：這些點的速度可以超過光速。

研究團隊由以色列理工學(xué)院、美國哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院和西班牙光子科學(xué)研究所的科學(xué)家組成。他們測量的“暗點”，本質(zhì)上是波形結(jié)構(gòu)中的微小“孔洞”，物理上稱為渦旋。這類現(xiàn)象在自然界中十分常見：海浪翻涌、氣流奔涌，甚至攪動咖啡或水流進水池時，都可以見到它們的身影。

早在20世紀70年代，便有科學(xué)家從理論上預(yù)言：渦旋的運動速度，可以超過形成它的波速。好比河流中的漩渦竟能超越水流本身。不過，這一預(yù)測此前始終停留在理論層面，直到此次實驗才首次獲得證實。

愛因斯坦相對論指出，真空中的光速是速度極限。但相對論約束的是有質(zhì)量的物質(zhì)，以及傳遞能量或信息的信號。而團隊觀測到的渦旋，既無質(zhì)量，也不攜帶能量或信息，因此并未違反相對論的基本原理。

團隊解釋說，這些光渦旋是光波中的“零點”，即波振幅降至零的位置。通俗地說，它們就是嵌入光場中完全黑暗的點。

此次突破，得益于團隊自主研發(fā)的一套獨特的顯微鏡系統(tǒng)，其集成了先進的激光系統(tǒng)與光機裝置，實現(xiàn)了前所未有的時間和空間分辨率。

實驗中，團隊在一種名為六方氮化硼的特定材料中測量了渦旋的運動。在這種材料中，光波會轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N特殊的“光—聲”波。這類“極化子”可被理解為運動極慢——速度僅為真空光速約1/10的光波，也可被視為運動極快的聲波。正是在這些“慢動作”的波中，光渦旋得以“跳躍”，進而超越光速。

最新成果不僅證實了50年前的理論預(yù)言，還揭示了從聲波、流體到超導(dǎo)體等復(fù)雜系統(tǒng)中波所共有的普遍自然規(guī)律。更重要的是，它為科學(xué)研究提供了一項強大的新工具。這種創(chuàng)新的顯微技術(shù)，有望捕捉物理學(xué)、化學(xué)與生物學(xué)中那些最迅速、最難以窺見的過程，揭示自然界最隱秘的運動與瞬間。