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科学探秘:物理学重大发现!光线传播竟然会螺旋拐弯?这下物理课本要改写了

科学的发展,往往伴随着既往认知的突破。最近科学家们的一个新发现,就有可能让《哈利·波特》中的”隐身术”成为现实。

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近日,据物理学家组织网的报道,来自西班牙和美国的科学家组成的一个国际科研团队宣布,他们发现了光的一种新特性——自扭矩特性。也就是说,光具备可以扭曲的特性,这种属性叫做角动量。

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具有高度结构化角动量的光束具有轨道角动量(OAM),并且被称为涡旋光束。它们看起来像一个围绕共同中心的螺旋线,当它们撞击一个平坦的表面时,它们看起来像圆环形。

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实验中,研究人员首先朝氩气云发射两束激光,这样做迫使光束重叠,它们连接起来并作为单个光束从氩气云的另一侧释放出来,结果形成了一种涡旋光束。

这一研究对于我们的生活会带来什么影响呢?研究人员建议,应该可以使用他们的技术来调制光的轨道角动量,其方式与通信设备中的调制频率非常相似。这可能会导致开发出能够操纵极其微小材料的新型设备。

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研究员与光线扭曲模型

不过,光线能以螺旋形式进行传播,这着实打破了我们以往持有的”光以直线传播”的认知。而这一发现,也令人不禁想起了科幻小说中的隐身术。

其实,像隐形传送、读心术、隔空取物、时间旅行等科幻场景,也是有可能在现实生活中发生的。今天就和路上读书一起了解一下《不可思议的物理》吧。

1.力场和隐身衣里的科学奥秘

看过电影《星际迷航》的朋友们应该知道,科克船长只要一声令下”升起保护罩!”力场就能保护”企业号”飞船,让它变得刀枪不入,在敌人炮火的轰击下毫发无损。在科幻作品里,力场仿佛只是一层看不见的屏障,但事实真是如此吗?没这么简单。

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大家知道,物体有时候不通过直接接触,也能对其他物体产生作用,比如磁铁隔着一定距离吸引铁钉。早在19世纪,英国科学家法拉第就提出了”力场”的概念,也就是磁铁周围看不见的力量区域。后来,这个概念延伸到了其他的力上,例如地球的引力场。

那我们能不能像科幻故事里一样,创造出阻挡火箭的力场呢?其实是有可能的,根据物理学理论,当气体被加热到足够高的温度时,就会转变成等离子体,这个等离子体不是我们熟悉的固态、气态或者液态,而是物质存在的第四种形态。

在电场的作用下,等离子体可以被塑造成窗户玻璃一样的薄片,把一部分空间跟外部隔开。如果再加上高能激光束和碳纳米管,就组成了一个刀枪不入的透明保护盾,要知道,激光束能把任何东西加热到汽化,而碳纳米管比钢还要坚固,由这两个家伙组成的透明保护盾,你说是不是金刚不坏?

所以说,科幻电影里的透明保护罩真的是有可能做到的!

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英研制现实版”星际迷航防护罩” 以抵御宇宙辐射

可能有些哈利·波特迷们会问:那假如我想要一个哈利·波特的隐形斗篷,让别人看不见我,行不行?我告诉你,这也是有可能的!

很多朋友都知道,咱们之所以能看到周围的东西,是因为物体反射的光进入了我们的眼睛。如果穿过物体的光越多,它反射的光就越少,也就越不容易被我们看见,比如空气。换句话说,假如光能完全从一个物体中穿过,这个物体就能达到隐形的效果,别人也就看不到它。

在2006年,杜克大学和伦敦帝国理工学院的科学家们使用了一种叫做”超材料”的物质,让一个物体在微波射线下成功隐形。为什么这么神奇呢?

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原来,”超材料”可以控制光的折射率,让光不断改变传播方向,以曲折的路径全部通过物体。既然没有光反射回来,物体就相当于变透明啦!所以,各位想想,未来的某一天想弄一件隐形斗篷,真的不是不可能的。

2.读心术和隔空取物都有可能变成现实

都说人心难测,从十八岁少女到FBI侦探,谁不想知道别人心里在想啥呢?一个多世纪以来,科学家们一边验证”通灵人士”的说法,另一边寻找技术上的可能性,看看能不能让读心术和隔空取物之类的超感官知觉成为现实。

虽然没有实打实的证据表明人们可以读取别人的想法,但科学家们想出了好多办法来了解我们的大脑活动。19世纪晚期,有人发现,把电极连在头的表面,就能探测到大脑发出的微弱电波信号,这个想法最终导致了脑电图机的发明。不过,由于从大脑发射的电信号太弱,而且模糊不清,即使我们在头上接根天线,把自己变成”天线宝宝”,也解读不了这些信号。

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既然电信号不行,那能不能用量子来窥探大脑呢?核磁共振仪利用的就是这个原理,用它可以观察到大脑的哪一部分处在活跃状态。科学家已经利用这些信息发现了大脑的思考模式,并且整理出了一些模式所对应的情感。

虽然核磁共振技术在不断进步,灵敏度越来越高,体积也越来越小,但想要破译人类大脑里不断出现的千奇百怪的想法,还差远了。要知道,我们大脑里有上亿个神经元,要想分别探测出每个神经元的活动,并且翻译成相应的语言信息,实在太难了。

那隔空取物又能不能实现呢?在所有被认为能够产生超感官知觉的力量中,意志力至关重要。咱们这里说的意志力可不是指决心、动力,而是用精神移动物体的能力,比如电影《冒牌天神》里面,金·凯瑞饰演的角色能随意控制物体。虽然我们还没捣腾出这么先进的技术,但目前最接近的一种形式叫做”生物反馈”,通过把脑电波转化为模式化的电信号,从而控制电脑。

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大家在科幻作品中应该都看过在人体内植入芯片的情节,而现代科技已经让它成为现实。

2006年,神经学家约翰·多诺休设计了一套叫”大脑之门”的装置,把一个4厘米宽的芯片植入瘫痪者的大脑皮层,他只用思考的力量,就能完成一系列活动,包括给电视机换频道、控制计算机光标、玩电子游戏等等。

想象一下,假如将来我们能在家用电器里装上微型电磁铁,再用一套计算机控制这些电磁铁,那么只要把计算机跟我们的大脑芯片连通,我们脑袋里一想”开灯!”灯就开了,一想”关电视!”电视就关了,你又想”笔记本飞到卧室床上”,然后它就乖乖飞去卧室等着你。这种随心所欲操控一切的感觉,是不是很爽啊?

3.时间旅行并不违反物理学原理

从《时间机器》到《回到未来》,为了吸引观众的兴趣,科幻作品创造了”时间旅行”的概念。可是,谁都没见过时间旅行者,就连大物理学家霍金都在疑惑:”如果时间旅行可能,那么来自未来的游客在哪里?”尽管如此,时间旅行的概念并不违反物理学原理。为什么这么说呢?

其实,我们已经做到了穿越未来,虽然时间并不长。根据爱因斯坦的狭义相对论,物体的运动速度越快,时间就越慢。假如一位宇航员以接近光速的速度移动,那他的1分钟就相当于地球上的4年。

在地球人看来,他已经旅行到了未来。实际上,宇航员每次返回地球的时候,都会进入不到1秒钟之后的未来,比如俄罗斯宇航员瑟杰·阿达耶夫在太空度过了748天,并因此达到了0.02秒之后的未来。

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看来穿越未来是有可能了,那我们能不能回到过去呢?答案是,困难得多,但还是有可能。根据爱因斯坦的理论,时间和空间是密不可分的。因此,如果有一个虫洞连接着两个遥远的空间,那么它也能连接两个不同的时间。通过虫洞,我们就可以进行瞬间的时空转移。

当然了,时间旅行也会带来一些逻辑悖论。比方说,假如你穿越到过去,并杀掉了你的父母,这样你就不会出生。但如果你都没有出生的话,就不可能坐时光机回去杀掉你的父母,这样一来,你的父母都活着,你就肯定会出生!是不是绕来绕去觉得头都晕了?

怎么解决呢?可以用平行宇宙理论,也就是说,你坐时光机回到的过去,其实并不是真正的过去,而是看上去一模一样的世界,杀死了看上去和你父母完全相同的人。

咱们刚才讨论的这些技术,大多数都还离我们很遥远,假如有一天真能实现,恐怕一些物理学的基本定律也要重写了。

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