[導(dǎo)讀] 德國科學(xué)家使用一些光纖環(huán),表象上使光脈沖擁有“負(fù)質(zhì)量”,讓激光脈沖在其周圍自我加速。
原標(biāo)題：德科學(xué)家讓光脈沖擁有“負(fù)質(zhì)量” 該方法可用于研制速度更快的電子通訊設(shè)備
科技日報訊 （記者劉霞）據(jù)英國《新科學(xué)家》網(wǎng)站10月16日（北京時間）報道，德國科學(xué)家使用一些光纖環(huán)，表象上使光脈沖擁有“負(fù)質(zhì)量”，讓激光脈沖在其周圍自我加速?？茖W(xué)家指出，最新研究表面似乎與牛頓第三定律不符，但只是一種假象。其重要意義在于，科研人員可藉此研制運(yùn)行速度更快的電子設(shè)備和更可靠的通訊設(shè)備等。
牛頓第三定律指出，兩個物體間的作用力和反作用力總是同時在同一條直線上，大小相等，方向相反。當(dāng)兩球相撞時，它們會相互彈回。但如果一個球的質(zhì)量為負(fù)數(shù)，當(dāng)它們相遇時，會朝同一個方向加速前進(jìn)。這種效應(yīng)在“反向驅(qū)動器”內(nèi)非常有用。“反向驅(qū)動器”是科學(xué)家們假想出來的一種設(shè)備，在其內(nèi)部，正負(fù)質(zhì)量相互作用，然后永遠(yuǎn)加速向前。上世紀(jì)90年代，美國航空航天局（NASA）就試圖制造出這種驅(qū)動器以便為火箭發(fā)射提供更好的助推力。不過量子力學(xué)聲稱，物質(zhì)不可能擁有負(fù)質(zhì)量，即使反物質(zhì)的質(zhì)量也為正數(shù)。
現(xiàn)在，德國愛爾蘭根-紐倫堡大學(xué)的烏爾夫·佩斯徹爾和同事使用“等效質(zhì)量”，制造出一種“反向驅(qū)動器”。他們解釋道，當(dāng)光子以光速行進(jìn)時，它們沒有靜止質(zhì)量，但如果將一束光脈沖照射在晶體這樣的層疊物體內(nèi)，有些光子會被晶體的一層反射回來接著再被另一層反射回去，這就會讓部分脈沖發(fā)生延遲，導(dǎo)致它同其余脈沖相互干擾，通過材料的速度因此變得更慢。
這樣一來，光脈沖似乎就擁有了質(zhì)量——“等效質(zhì)量”。取決于光波的形狀和晶體的結(jié)構(gòu)，光脈沖能擁有負(fù)的等效質(zhì)量。為了得到這樣一種脈沖同具有正質(zhì)量的脈沖相互作用，需要非常長的晶體，以便在兩束脈沖展示反向推動效應(yīng)之前將光吸收。
為此，佩斯徹爾在兩條光纖環(huán)內(nèi)制造出一系列激光脈沖。這些脈沖會在兩條環(huán)之間的某個連接點(diǎn)“分道揚(yáng)鑣”，而且，光會以同樣的方向在每個光纖環(huán)周圍移動。關(guān)鍵在于一個環(huán)比另一個環(huán)稍長一點(diǎn)，因此，在更長環(huán)周圍運(yùn)動的光相對來說有點(diǎn)延遲。當(dāng)這個脈沖被反射回并且在連接點(diǎn)分開時，它會同另一個環(huán)內(nèi)的脈沖分享部分光子。這樣幾趟旅程之后，脈沖會發(fā)展出一種干涉模式，賦予脈沖負(fù)質(zhì)量。
佩斯徹爾表示，半導(dǎo)體內(nèi)的電子也可以擁有“等效質(zhì)量”，因此，這些環(huán)可被用來給電子加速并提升計算機(jī)的處理能力。而且，在某些光纖內(nèi)，光脈沖的速度與其波長相當(dāng)，這就意味著，這種環(huán)能被用來控制光纖輸出光的顏色。這種方法也有望用來增加光子通訊的帶寬，幫助制造出諸如激光顯示屏那樣的顯示設(shè)備。不過，將這種環(huán)用于實際生活中也并非易事。
總編輯圈點(diǎn)
在宏觀世界，質(zhì)量恒定不變且能對物體運(yùn)動產(chǎn)生作用，是反映物質(zhì)運(yùn)動狀態(tài)變化難易程度的物理量。但到了微觀量子世界，運(yùn)動卻成了質(zhì)量產(chǎn)生的決定因素，運(yùn)動的粒子與希格斯粒子發(fā)生碰撞才產(chǎn)生質(zhì)量。本項研究更加深刻地揭示了在微觀領(lǐng)域運(yùn)動和質(zhì)量的關(guān)系，盡管“負(fù)質(zhì)量”只是一種假象，但我們卻可以利用這種假象來發(fā)明新的應(yīng)用。將“負(fù)質(zhì)量”用于實際生活確非易事，但并不是完全不可能，反向驅(qū)動器就是一種好的嘗試。
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