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年代的一項預言：這些點的速度可以超過光速。
研究團隊由以色列理工學院、美國哈佛大學、麻省理工學院和西班牙光子科學研究所的科學家組成。他們測量的“暗點”，本質上是波形結構中的微小“孔洞”，物理上稱為渦旋。這類現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，便有科學家從理論上預言：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量的物質，以及傳遞能量或信息的信號。而團隊觀測到的渦旋，既無質量，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的一套獨特的顯微鏡系統，其集成了先進的激光系統與光機裝置，實現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，光波會轉變為一種特殊的“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年前的理論預言，還揭示了從聲波、流體到超導體等復雜系統中波所共有的普遍自然規律。更重要的是，它為科學研究提供了一項強大的新工具。這種創新的顯微技術，有望捕捉物理學、化學與生物學中那些最迅速、最難以窺見的過程，揭示自然界最隱秘的運動與瞬間。
