反常色散介质中实现非线性切伦科夫辐射

反常色散介质中实现非线性切伦科夫辐射 2012年6月1日出版的《物理评论快报》杂志刊登了上海交通大学物理系陈险峰教授课题组的一项题为 Nonlinear Cherenkov radiation in an anomalous dispersive medium的最新研究成果。该研究表明,当激光进入介质并激发非线性极化波时,特定的微纳结构可以对该极化波的相位传播进行可控的加速,从而实现超光速这一特殊物理过程,并产生奇异的光辐射现象。波的传播分为群速度和相速度。群速度超光速在原理上受爱因斯坦著名的相对论所禁忌,因此不能在自由空间中实现。但相对论并不禁忌相速度超光速,因而其在自然界中普遍存在。如由著名的德布罗意物质波方程可推导出具有波粒二象性的基本粒子如电子、质子等,其相速度均超过光速。德布罗意将其归结为四维空间在三维世界上的投影,即维度缺失,导致了四维空间中相速度并未超过光速的粒子在三维世界中表现出超光速的现象。与此类似,课题组的任怀瑾、邓学伟、郑远林、安宁四位博士研究生发现利用特定微纳结构可以使介质中自由传播的非线性极化波发生维度缺失,在理论上预期了当传播由三维退化为二维和一维时,非线性极化波将出现相速度超光速的现象。根据惠更斯原理,相速度超光速将引发切伦科夫辐射。这一点得到了实验观测证实即通过人为改变极化波的相速度,可以实现可控的光辐射输出。同时由于相速度可以任意加快,实验证明了在传统的禁忌区域同样可以产生切伦科夫辐射。物理评论快报杂志的审稿人对这项工作这样评论道:我相信这项工作最重要的影响并不是作者如何制备样品或产生反常色散的切伦科夫辐射现象,而是蕴含在这背后的物理思想和实验方法。我同样坚信这些思想和概念能够被方便地用于超光速其他领域和现象的研究。这项研究由陈险峰教授课题组独立提出并实验证实,将拓展了人们对非线性光学过程及其应用的认识。更多阅读PRL发表论文摘要

美高梅4858官网 1

光速特别是超光速现象大家都特别关心,比如2011年欧洲粒子中心的中微子超光速现象公开以后,引起了极大的关注,因为奥佩拉团队取得的结果比光速快0.0025%,但最后被证明是个超级乌龙!爱因斯坦的狭义相对论早就告诉我们,宇宙中不可能存在超过光速现象!

但其实大家都误解了,光速不可超越只是信息传递不可超过光速,而与之无关的现象超过光速则并没有什么问题,那么为什么不能超过光速,又有哪些超过光速的现象,不妨来盘点下!

为什么不能超过光速?

很多人一提到超光速就拿爱因斯坦的狭义相对论说事,但事实上狭义相对论的关键要素之一,洛仑兹变换来自于大神洛仑兹的杰作,他在1895年时提出了在运动方向上长度收缩的概念,来解释1887年迈克尔逊-莫雷在以太漂移中的零结果!当然洛仑兹的解释是令人信服的,但很可惜他仍然在死守以太的概念,尽管当时已经对于光速呼之欲出,但洛仑兹失之交臂!

美高梅4858官网,洛仑兹在1899年和1904年对洛仑兹变换做了补充和修正,并且在1904年以论文《以任意小于光速的系统中的电磁现象》中的洛仑兹变换已经非常接近于现代的洛仑兹变换概念!1905年6月份,爱因斯坦抛弃了以太的概念,假设光速不变和狭义相对性原理,推出了狭义相对论!

当然其中的长度变换仍然是洛仑兹变换,而根据洛仑兹变换则可以推出在狭义相对论之后爱因斯坦发表的《物体的惯性同它所含的能量有关吗?》,这狭义相对论整个体系中是环环相扣的,它们的核心就是两条基本假设,当然其中一项推论也很简单,光速不能被超越,否则将会导致质量无穷大和长度变成负数......

宇宙中有哪些现象是超光速的?

尽管信息传递的速度不可超过光速,但宇宙中超光速现象还是非常普遍的,它们的因素各不相同,有的是不同介质中导致的,有的则是不传递信息的现象!

核电站中的切伦科夫辐射

1934年前苏联物理学家帕维尔·阿列克谢耶维奇·契伦科夫发现的一种辐射,其特征是介质中运动速度超过光的一种电磁辐射,所谓的光速不可超越指的是真空中的光速,而介质中的速度则小于真空光速,而核反应堆中的粒子在水中的速度可以超过光速,此时切伦科夫辐射就产生了!

但这仅仅是在不同介质中,看起来就像是田忌赛马,我在真空中干不过你就在水中干掉你,而光在水中不是因为速度降低了,而不是不断激发再发射再激发.....这光的速度明显就降低了!

德布罗意物质波

这就不得不提一下德布罗意获得诺贝尔奖的毕业论文了,这可能是物理史上绝无仅有的!他的理论是这样的,根据爱因斯坦的方程,如果电子具有质量,那么它内禀的能量就是质能方程预示的:

E=MC^2

当然这里我们还得套入普朗克著名的辐射量子能量计算公式:

E=HV,那么可以推导出:

MC^2=E=HV,所以V=MC^2/H

所以电子就存在一个频率,也就说电子是个波,电子居然是个波....其实所有的微观粒子行为都是波粒二象性,这点大家可以去翻翻量子力学,那么当电子以V0速度前进时,它将伴随一个相波:

本文由美高梅4858官网发布于数理科学,转载请注明出处:反常色散介质中实现非线性切伦科夫辐射

相关阅读