超光速有多快?科学家拍摄到微粒超光速传播现象
2017-01-24 10:42:13   来源:环球网
内容摘要
科学家指出,仅使用单次快拍,一项成像系统的“无损编码压缩超快摄影(LLE-CUP)”就可以实时拍摄到马赫锥现象。这种最新成像系统将给生物医学带来彻底革新。另外,英国著名物理学家斯蒂芬·霍金在2016年宣布,将建造大批微型星际飞船,并以五分之一光速的速度将它们发射前往半人马座阿尔法星。中国专家认为,霍金的想法很好,但目前具有科幻色彩。

超光速有多快?科学家拍摄到微粒超光速传播现象 IT科技年


光激性马赫锥(Mach cone)是超快微粒发出冲击波时形成的,在周围散射光线。一直以来成像技术并不快,无法拍摄到马赫锥现象,只能进行数百或者数千次测量,将拍摄图像组合在一起,才能观测到这一现象。

据英国媒体报道,目前,科学家首次拍摄到奇特的光线音爆现象,当微粒以超音速传播时出现光线散射。“马赫锥”非常像飞机以超越音速的速度产生的音爆,研究人员使用能够每秒拍摄1000亿帧图像的相机系统记录下来,同时,他们指出这种创新技术未来可用于观测大脑神经元放电。

这项最新研究发表在最新出版的《科学进展》杂志上,研究负责人梁金阳(音译)和同事指出,这种最新成像系统将对于生物医学带来彻底革新。研究人员设计一个系统使用一个隧道源散射光线诱导这一现象,并进行实时捕获。

当一个较短激光脉冲在隧道源中传导,将以相同波长散射次级小波。梁金阳解释称,在显示屏上通过叠加效应这些小波形成一个波阵面,在这种情况下,散射事件形成次级光线源,光线以超光速在显示屏上传播。在某一时间点,瞬时散射光线分布形成一个马赫锥结构。

仅使用单次快拍,该成像系统的“无损编码压缩超快摄影(LLE-CUP)”可以实时拍摄到马赫锥现象,在实验中他们能够获得3个图像,一个是传统摄像,另外两个图像记录动态事件的临时信息。

通过图像与数据结合在一起,他们能够获得马赫锥现象的动态场景,这项研究揭晓马赫锥处于“超光速状态”。


宇宙惊现超光速暗物质能量 震惊世界!

2016年8月2日消息,宇宙惊现超光速暗物质能量,震惊世界!专家表示暗物质占宇宙中绝大部分,但是人类根本无法看到暗物质的存在,科学家观测起来也是很难找到的,但在近日,专家在探测宇宙的时候,惊奇的发现宇宙暗物质竟已超光速在宇宙中逃离。

暗物质是一种比电子和光子还要小的物质,不带电荷,不与电子发生干扰,能够穿越电磁波和引力场,是宇宙的重要组成部分。暗物质的密度非常小,但是数量庞大,因此它的总质量很大,它们代表了宇宙中26%的物质含量,其中人类可见的只占宇宙总物质量的5%不到(约4.9%)。

暗物质无法直接观测得到,但它能干扰星体发出的光波或引力,其存在能被明显地感受到。暗物质存在的最早证据来源于对矮椭球星系旋转速度的观测。现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、天文观测和膨胀宇宙论研究表明:宇宙的密度可能由约68.3%的暗能量,4.9%的重子物质,26.8%暗物质组成。

超光速在2011年9月22日,意大利物理学家在OPERA实验中发现了一种超光速的中微子,如果实验数据确凿无误,爱因斯坦的相对论将会受到挑战。OPERA的此次实验由位于意大利中部山区的格兰萨索国家实验室(LNGS)与位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究组织(CERN)合作进行。

实验结果基于对16,111次中微子测量事件的观察,标示出了中微子的旅行速度以40322.58分之一超出光速,为现实中宇宙速度的极限。考虑到这是一个潜在的影响深远的结果,在结论被驳斥或坚实建立之前,还需要更多独立而无关的测量。

科学家表示这次在宇宙中发现的暗能量足以震惊世界,这是专家们寻找暗物质这么多年来,一直渴望的,这次的发现对科学家研究暗物质,会有很大的帮助的。


霍金要造“纳米超光速飞行器” 是否太科幻?

英国著名物理学家斯蒂芬·霍金2016年4月12日在纽约宣布,将同俄罗斯商人尤里·米尔纳、美国社交网站脸书创始人扎克伯格合作建立一个新的太空探索项目,建造大批微型星际飞船,并以五分之一光速的速度将它们发射前往半人马座阿尔法星。


星际飞船的主体——“星片”电脑芯片

霍金和米尔纳在纽约新世贸中心观景台宣布了这一名为“突破射星”的计划。当天是联合国确定的第六个国际载人航天日,也是人类首次载人航天飞行55周年纪念日。

米尔纳在新闻发布会上说,“突破射星”计划的初步投资将为1亿美元,用来开发制造使用激光推进的微型星际飞船,并在当前一代人的时间内实现飞到半人马座阿尔法星的目标。

据介绍,计划建造的微型星际飞船名为“纳米飞行器”,它由一块名为“星片”的电脑芯片作为船体。米尔纳在发布会上展示了“星片”的成品原件。该芯片仅有两三厘米见方,几克重,但集成了摄像机、光子推进器、导航和传输部件,是具有完整太空探测功能的飞行器,而制造成本仅相当于一部iPhone手机。

该芯片会安装上名为“光帆”的超材料布蓬,通过地面发射高能激光助力推进,“光帆”可吸收激光能量,带动微型飞船前行。由于飞船的质量非常小,在太空中又几乎没有阻力,在激光的不断加速下,理论计算显示其速度可达五分之一光速。

如果成功的话,这可使飞船用约20年时间到达距离地球4.37光年的半人马座阿尔法星附近。半人马座阿尔法星是距离太阳系最近的恒星之一,但现有最快宇宙飞船也需花费3万年时间才能飞到那里。

“今天,我们决心向探索宇宙再迈出一大步,”霍金在发布会上说,“因为我们是人类,向往飞翔是我们的天性。”


中国专家:霍金的“飞船”尚属科幻

对于霍金的计划,中国专家认为,想法很好,但目前具有科幻色彩。

“严格地说,霍金提出的航天器算不上‘飞船’,只是一个几厘米见方的飞行物,其设想的激光推进技术在工程方面也很复杂,”空间技术研究专家庞之浩介绍说。

“以太阳帆为例,其概念诞生于20世纪20年代,这种方式需要一个巨大的反射镜将阳光照射到面积足够大的帆板上,在实际应用中有很大难度。时至今日,这一研发的进展速度并不快。

而激光推进‘飞船’的设想提出不难,在2050年前研制出一个雏形也有可能,但要飞到半人马座还是‘太过遥远’了。当然在更长的时间尺度上,这种激光推进方式可能会有希望,但这必须取得重大技术突破,现在无法预测,”庞之浩说。

“但霍金的激光‘飞船’可作为科幻进行探索性研究,”庞之浩说,“可以先在技术上力求实现,而不必现在就追求它的实用价值。将人类制造的物体送到数光年以外的宇宙空间具有开创性工程意义,假如经过探索能在这种微型‘飞船’上安装探测装置,才可能提到科学价值。


中国量子卫星实现超光速通信?量子纠缠不允许

据媒体2016年8月29日报道,中国在最近发射了一枚卫星用于测试量子纠缠。这是一项有趣的实验,这将有望实现“防黑客”的卫星通信。

然而,这也导致了一系列的文章声称量子纠缠能允许超光速的通信。虽然有多个科学博客已经指出为什么这是错误的,但是这值得再次强调:量子纠缠不允许速度超过光速的通信。

这种误解是源于量子理论的通俗化推广方式。量子客体可以是粒子和波,即具有波粒二象性。它们有一个波函数能描述特定结果的概率,而当测量这个量子客体时,它就会坍缩进入一个特殊的粒子状态。

不幸的是,这种量子理论的哥本哈根解释掩盖了大部分的微妙量子行为,所以当它应用于纠缠时,就会看似有点矛盾。

最受欢迎的量子纠缠例子被称为爱因斯坦-波多尔斯基-罗森(Einstein-Podolsky-Rosen,EPR)的实验。

取一个两个物体的系统,比如两个光子,这样它们的和有一个特定的已知结果。通常,这表现为它们的极化或自旋,这样总和必须为零。如果一个光子测得是处于1的状态,那另一个光子必定处于-1的状态。由于一个光子的结果影响另一个光子的结果,就说这两个光子是量子纠缠的。

在哥本哈根的观点看来,如果两个纠缠光子被分隔在相距很远的地方(原则上,甚至是相距光年以上),当测量一个光子的状态时,就能立即知道另一个光子的状态。为了让两个粒子的波函数瞬间坍缩,那两个光子之间的交流就必须超光速,对吗?

一种很流行的反观点认为虽然波函数坍缩速度超过光速,但这不能用于发送超光速的消息,因为结果是统计学上的。

如果我们相隔数光年,我们双方都知道对方的纠缠光子对的结果,但是每一对纠缠光子的结果是随机的(由于量子不确定性),所以我们就不能迫使光子有一个特定的结果。

现实是更微妙,并且要更有趣的多。虽然量子系统往往被视为很脆弱的东西,只要最轻微的相互作用就会使它们坍缩到一个特定状态,但事实并非如此。

纠缠系统实际上可以用各种各样的方法来操纵,甚至可以操纵它们拥有一个特定的结果。例如,我们能以不同的特定量子态创造出纠缠光子对。一个状态可以代表1,另一个则是0。

在遥远一端的人需要做的是确定一对特定的光子是处于哪种量子态,但要做到这一点,那边的人将需要获得大量的量子态的副本,然后测量这些副本以通过统计学来确定原始状态,而事实证明,在不知道量子系统的状态时,是无法复制一个量子系统的。这被称为量子不可克隆定理,它意味着纠缠系统不能以超光速传递信息。

量子不可克隆定理也意味着一个纠缠系统可以用来发送加密消息。虽然纠缠光子不能传递信息,但它们的随机结果具有相关性,所以A和B可以使用一系列纠缠光子来生成一种可以用于加密的随机字符串。因为AB双方都知道对方的结果,所以他们都知道这个相同的随机字符串。

为了破解这种加密,需要复制一份纠缠状态,但这是不可能的,因此破解量子通信是非常困难的。有部分复制量子态的方法,这会提高破解加密的机率,但一种完美的复制是不可能的。

因此,量子纠缠无法让我们进行超光速通信,但这能让我们更容易对秘密进行加密。

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