光线停下来的意义

12/15/2003，12月11日新浪网报道， 科学家在最新一期英国《自然》杂志上报告说，他们在实验室中成功使光波在传播路线上停止了片刻。这项成果被认为有助于提高传统的光纤通信和数据传输技术，甚至可以帮助科学家建造设想中的量子计算机。
  光在真空中的传播速度为每秒30万公里。近些年来，科学家利用电场和磁场与介质相互作用的方式将光速放慢，目前世界上众多实验室都可使光速降低到每秒钟数米。科学家此前也曾尝试让光线停止传播，但因组成光线的光子完全被介质吸收而失败。  美国哈佛大学研究人员说，借助电磁诱导透明效应可以解决原子态的不透明介质吸收光的问题，光脉冲的量子状态是可逆地“写”入介质的，好比计算机中的信息写入磁盘。科学家发展了一种类似的技术使光脉冲的量子状态也能储存在电磁介质中，转变成固定的电磁脉冲，就如同把光“冻住”了一样，这样就有可能发展成光量子存储技术。
   在实验中，他们将一束激光射向气态铷原子介质。然后，用另外两束控制光束和介质相互作用，结果使介质产生了许多层次，对激光进行交替传输和反射。激光在试图穿透这些层次时，其中的光子在层次之间来回反弹。最终，光子不再向前运动，“静止”在一处。只要两束控制光被拿开，激光便又能向前自由传播。　　目前，研究人员只能使光线停止的时间维持在一毫秒以下，但这在光学领域已是不小的成就。《自然》杂志的评论文章称，“使光线静止不动的成果标志着量子光学翻开了崭新的一页”。
   光纤在线的一位资深读者就此发表评论说：“我已阅读了将光子停下来的文章，实际上是用另外的光束在介质中产生瞬间光学谐振腔效应，光子进入腔中被囚禁在其中来回振荡。光子如果真是停下来，则必然会湮灭，变为其他形式的能量，如电子的势能。光子静止质量等于零，我至今都认为光子按现有理论是不可能静止下来的，光子被谐振腔或波长级周期势垒囚禁、约束都不能说是被静止下来了，包括用光纤延时或在介质中速度很慢，这就是光子存储、光子计算、全光路由的困难所在，可见不是技术上不成熟，而是物理机制不允许。但我也不绝对认为光子不可能静止，只是能让光子静止下来就意味着现有理论被推翻，有人就要得诺贝尔奖金了，也许这样的情况永远不会发生。”
   无独有偶，编辑这几天又在翻阅科学出版社1999年版的超光速研究一书。该书提到的一次重要试验就是1995年的美国犹他州Snowbird的学术会议上，德国科隆大学的Nimtz教授报告了微波超光速传播的实验结果。按照现有的相对论理论，当速度超过光速时，运动质量就变成虚数。这样的虚物质至今还只能是数学上的概念。量子力学的不确定原理从理论上为超光速试验指明了方向。Nimitz的实验正是利用不确定原理利用微波波导作为势垒观察到超光速的现象。在这本书的序中，中科院电子所的宋文淼教授从Nimitz的实验联想到信息的物理学属性。宋教授说从Nimitz的实验也许不能得出经典意义的超光速，但是信息本身实现了超光速确是一定的。在更宏观的物理层面上，信息能否成为物质的基本属性呢？
   无论是超光速，还是光线停留，这些都不仅仅是技术层面的问题，而更是物理学最前沿的课题。涉及到我们对这个世界根本认知的创新。物理规律的变革将带来的整个技术和生活翻天覆地的变化。这就是我们从事的这个领域引人入胜的地方。