《自然》封面文章:在一只肥皂泡上,他们首次看见光线的分支

作者: 吴非、石云雷、贺白

来源: 环球科学

发布日期: 2020-07-04

以色列理工学院的研究团队在《自然》杂志的封面文章中首次发现,光线可以在肥皂泡上以一种不同寻常的方式散射,形成类似于河流支流的“分支流”。这一发现不仅有助于物理学家更好地理解波动现象,还可能为研究宇宙提供有效模型。

光波在不均匀的介质中传播、受到干扰时,会偏离此前的传播方向,向各个方向散射。从蔚蓝的天空到深邃的海水,自然界的很多现象都可以用光的散射来解释。而在最新一期《自然》杂志的封面文章中,以色列理工学院的研究团队首次发现,光线可以以一种不同寻常的方式散射:形成类似于河流支流的“分支流”(branched flow)。

“分支流”现象最早是2001年在电子中发现的,在此之后,科学家又在从微波到宏观的海浪等不同波中观测到这一现象。某种波形成分支流的条件是,波的长度存在差异,并且其受到的干扰的变化长度远超波长本身。不过,人们一直没有在光波中发现这种现象。

最新研究的通讯作者Mordechai Segev表示,他们取得的这一发现同样有些出乎意料。当他们将激光固定、射向经特殊处理而保持不破裂的肥皂泡时,由于肥皂膜的厚度在随机变化,他们原本期望看到离开肥皂膜的光出现无序的斑点。但令研究人员感到意外的是,在精准的控制之下,光线分流了,并且分出来的光线会继续分流,形成无数的分支。他们进一步证实,这个通过显微镜甚至肉眼就能观测到的现象,就是光波的分支流。

研究团队指出,无论是在球面还是平面的肥皂膜上,光的分支流都会出现。当肥皂膜中的分子对光波施加作用力时,光波的作用力也会影响、轻微移动膜中的分子,从而影响光波的传播。这项发现不仅可以让物理学家更好地理解波动现象,还能帮助理解光线在时空中的传播。根据广义相对论,大质量天体会使得周围的时空弯曲。而光线通过肥皂膜球面时产生的现象,使其有可能成为研究宇宙的有效模型。

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