费米子有轻子、核子和超子,包括中子、质子都属于费米子,具有在低温下发生费米子凝聚态的性质,被认为是物质的第六态 。
但光子属于玻色子,我们今天是讲光速怎么变慢,所以就主要讲玻色子凝聚态,不讲费米子凝聚态了 。
科学家们在1995年就制造出了波色~爱因斯坦凝聚态,从而实现了这二位科学家的预言 。
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那么光子在玻色~爱因斯坦凝聚状态下会呈现一种什么样的性质呢?这种性质符合量子力学的基本原则~不确定性原理 。这个理论认为,粒子的动量(或速度)越精确,其位置就越无法精确,反之亦然 。极低温度下玻色子原子由于动量极小,因此位置就非常不确定,占据的体积大大增加,原子波函数叠加在一起,重叠合并成为玻色-爱因斯坦凝聚态 。
玻色-爱因斯坦凝聚态具有许多有趣的特性,比如它们导致了非常高的光学密度差,这样使用激光可以改变其原子状态,使它们对一定的频率和折射率骤增,光速就会在其中骤降,达到每秒几米甚至冻结 。
1999年,丹麦物理学家莱娜·韦斯特高·豪领导的一个团队,就成功利用超流体减缓了一束光的速度,达到每秒17米,到了2001年,她已经能够让一束光完全冻结 。
这种对光减速并冻结的技术,实际上是在玻色-爱因斯坦凝聚状态下,光穿过超冷气体,并与这些气体粒子发生作用导致的现象,这项研究揭示了光和物质相互作用转化的一些机制,对量子加密和量子计算技术开发有着重要意义 。
玻色-爱因斯坦凝聚态是一个很复杂甚至难以理解的过程,作为科普,我们只要知道在这种状态下光速能够减慢就行了 。
当然,这种光速减慢并非光本身基本性质有什么变化,只是发现了光子在某种特定条件下具有某些新的特性 。这项研究为人类打开了另一扇门,将会带给我们一片新的天地 。
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光的第三种减速方法,是提高人类捕捉光的速度,从而让光在我们眼中变成蜗牛 。所谓“眼光”本身当然没有什么光,这个问题我在过去有过多次阐述,有兴趣的朋友可以参看过去时空通讯发表的文章 。
这里说的提高人类捕捉光的速度,是借助人类智慧发明的仪器设备 。
在我们日常生活中,光速太快了,唰的一下,一秒钟就可以围绕着地球转几圈,怎么来捕捉到光速呢?现代飞秒摄像技术,从另一个角度为我们放慢了光速 。
1秒看起来很短,但现代理论却把秒分成很长的一串数字 。
1秒等于1000毫秒,1毫秒等于1000微秒,1微秒等于1000纳秒,1纳秒等于1000皮秒,1皮秒等于1000飞秒,1飞秒等于1000阿秒,1阿秒等于1000仄秒,1仄秒等于1000幺秒 。
这就是时间的微观单位 。
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飞秒摄像的寓意就是摄像速度快到每飞秒1帧,飞秒是多少?是1千万亿分之一秒 。
实际上,现在的所谓飞秒技术并没有达到那么高 。据报道,美国加州理工学院研究人员发明了一个高科技设备叫CalTech,是迄今世界上最快的相机,每秒钟可以拍摄10万亿帧 。
这比飞秒慢了100倍,但比皮秒要快10倍,所以介于皮秒和飞秒之间,号称飞秒摄像机也不为过 。
光速每秒约3亿米,这台相机每秒可以拍摄10万亿帧,也就是每帧照片上光速只移动了10万分之一米,1米为1000毫米,光速每移动1毫米就被拍摄了100次,这样光走的再快也被捕捉现了原形 。
这里说的是光速本身没有慢,但由于人的眼睛借助自己的发明变快了,相对来说,在这样的火眼金睛下,光速就变成了慢动作 。
现在,科学家们还嫌这个速度慢了,希望有朝一日真正达到飞秒级,就是每秒1000万亿帧的拍摄速度,让光速在人类面前变得比蜗牛爬还要慢 。
光速虽快,但在不断求索的人类面前,有的是办法让他慢下来 。
这种慢并没有推翻人类对光速性质的认识 。
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