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如果你试图来切割光子它们很奇怪的行为

2026-06-01 16:37阅读:
如果你试图来切割光子它们很奇怪的行为
光的粒子不能被分割成更小的粒子,但如果你试图剪掉一个光子的末端它不是变短着而是倍增
新科学家By Karmela Padavic-Callaghan
30 May 2026
Physics
如果你试图来切割光子它们很奇怪的行为
切割光子是无限的诡异的。Muhammad Fawaid/Alamy
在希腊神话中,砍断拿九头蛇勒娜的一个头只造成两个更多的头长出来取代它——而原来是对光子它甚至更糟。如果你试图切下一个光子的一块,结果是无限多的光子被创造。
一些粒子是基本的,这意味着它们不能被破成更小碎片。例如,一个质子能被撕裂成三个夸克,但每个夸克不再能被进一步分开。但如果你不管怎样试图来切割一个基本粒子会怎样呢?
挪威奥斯陆大学的约翰内斯·斯卡尔和他的同事已经探究了一个光子遭遇一个可能刚好做这个的镜子的情况。
因为它是量子,光既能被描述为由光子组成又能被描述为电磁波。相应的,一个光子不像一个固体物体一样被完美的定位化,而是有一个延伸跨空间的“尾巴”。在提出的场景中,这个镜子将能够足够快速的移动来仅反射光子的部分,等于剪掉它的尾巴。
对电磁场用量子方程,该团队发现了这种剪切会创造一种光的是一个无限的许多光子的混合或超位的量子态。这发生是因为在量子水平上空的空间不是空的,而是充满有量子场诸如如电磁场,这些都有微小的波动并且能被激发成产生粒子。剪这个光子的镜子触发这样一个过程。
英国约克大学的塞缪尔·布劳恩斯坦说,“每当你快速的变化一个镜子或快门时你搅动真空并从空的空间召唤出光子”。但任何局部测量——从附近做出的观测——会发现这种超位态不能被从在镜子的一侧上的一个单个光子区分开,支撑着在量子领域中工
作的观测的想法与我们的日常体验是多么不一样的。他说,这显示在量子理论中,“一个有点可怕的复杂的物体能伪装成某些完全简单的东西”。
以色列魏茨曼科学研究所的乌尔夫·莱昂哈特说,实验已经发现一个在空的空间中操作的足够快的快门确实真的创造光子,但实验上验证这一新想法技术上可能是更挑战的。他说,在超快时间尺度上操纵光正日益变成一个实验现实,但来自这项新研究的快门仍比实验室可利用的更快。莱昂哈特说,这项新工作还指向源自量子真空的不得不被进一步探索的现象,可能的导致电磁学的量子场论修正或完善。
除了在量子理论中的局域性的问题中的兴趣,这能相关到甚至更大的诸如因果律如何在量子粒子实验中工作的想法,斯卡尔和他的同事现在要扩展他们的分析到一次不止一个光子或者电子一样其他粒子。
期刊参考:Physical Review Letters DOI: 10.1103/94pm-hp34
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