展品16光也是物质，为什么关不住2

光真的关不住吗？

不知你有没有想象过把一束光关在盒子，等到了有女朋友的那一天给她当定情信物。不论你有没有去尝试过，结果都是做不到的。当然，我绝不是说你获得女朋友这个事，而是我们很难赤手空拳地把光关在一个盒子里面。我也曾徜想，想借白日的熹微代替夜里的灯火，但光，它随处可见又遥不可及，它仿佛一直在身侧又稍纵即逝，它像乐天笔下简简：大都好物不坚牢，彩云易散琉璃脆。光真的关不住吗？万一我有女朋友了，我是否可以完成我那宛如孩童异想天开的幻想？让我们先来想像一个随处可见的场景，在一个伸手不见五指的漆黑如墨的夜晚，我打开了手电筒，看着光束如此清晰地照亮了前路，我突然灵光一现：如果我现在关掉手电筒，那现在出现在空气中的这段光束是会停留在空中还是会继续向前传播呢？我想很多人都曾有过如此的疑惑，但结果也是显而易见，除了伸手不见五指漆黑如墨的夜晚其他什么现象也没有。于是我再次打开手电筒，看着明显的丁达尔效应，思考了一会儿空气质量问题……那么空气中的光去哪儿了？光既是一种粒子，也是一种波，当我们关闭手电筒时，光就被周围的物质散射和吸收掉了。这就是我们关闭手电筒之后没有看到空气中的光束停在那里或继续向前传播的原因。我们发现，在回答这个问题事，我们讨论到了光的本质问题，既光的波粒二象性。而要实现“关住”光的设想，我们也要从光的本质出发。一、粒子特性——最是“人间”留不住1、典型的“盒子”模型说到“关住”什么东西，我们首先想到的就是拿一个盒子把东西装进去。那最简单的，我们找一个不透光的盒子，在里面放一个遥控光源，把盒子密封好，遥控光源打开再关闭，从外表看，的确没有光透出来，可是我们真的把光住了吗？假设有这样一种黑盒子，光在这种黑盒子中传播时，碰其壁不会向外辐射能量。如果我们使用这种黑盒子作为容纳光的容器，向盒中射入一束光，让光在盒子中不断反射，无法逃出黑盒子，是否就能实现关住光呢？我们学过物理都知道，物理学家们定义了一种理想物体——黑体，以此作为热辐射研究的标准物体。它能够吸收外来的全部电磁辐射，并且不会有任何的反射与透射。换句话说，即是黑体对任何波长电磁波的吸收系数都为1，透射系数为0。所以，当一束光射进黑体时，你不能获得相反方向所射出的能量，我们可以认为这一束光被黑体完全吸收，但我们能不能说光是被关住的呢？这当然是不行的，因为光射入黑体后，在黑体内部不断的反射和被吸收，最终将完全被黑体所吸收，而与此同时，黑体也会不断的辐射出电磁波。所以说，光只是被吸收了，并没有被关住，那么，光到底能不能被关住呢？答案是可以，但不是用“盒子”这么简单了。2、光也能跑一个圈吗？假如你是一束光，你的速度那么快，是宇宙最快，连寂寞都追不上你。但任你再潇洒，世间总有一些事物吸引着你。你穿越星河，看遍东风夜放花千树，蓦然回首，灯火阑珊，伊人身旁。是那个她，你想围绕着她，盘桓直到永恒，尽管你速度快到她看不见你，但你仍不愿挪动脚步离开她半步。抛去风月，假如光可以像其他物质一样，被牵引着做循环运动，是否可以牵绊光的脚步呢？①我们知道，在光经过大质量恒星时骑路径会发生明显的偏转。那么，假想一种物质，能够对光产生某种作用，使其可以在一个密闭空间内沿着一点路径做循环运动，仿佛就可以实现光被关住的情况。在广义相对论中，光经过大质量恒星时，在引力场的作用下，外部观测者看来其路径不再是直线，而会有一些偏转。引力场可以看做一张巨大的网，而光线在这张网上就会沿着一定路径传播。这就非常类似于人造卫星会绕着地球转。以上是引力场对光的作用。而自然界中，除了引力场，还有电磁场等。假如这些场均能与光产生作用，理论上都可以对光进行关束。②光在传播过程中，还要遵循最小作用量原理。原来光明明速度已经很快了，还是想走捷径。那么，我们就顺着它的思路，来为它设一个陷阱，让其在最小作用量原理的坑中走死循环路线。著名的数学家费马曾经就指出，光的折射也是最小作用量的体现之一。我们知道，在折射中，光传播路径是会改变的。而人们已经发现自然界存在负折射率的介质。那么，如果我们在一个容器中放入几个不相干扰且都是负折射率的介质，使其在空间中由数条折线构成一个封闭的图形，那么光不也就被关住了吗。3、跑不动的光你能否想象这样一个“不幸”的世界，光速并没有这么快，而是足够慢，慢到我们足以用肉眼观察到它由远及近的向你运动而来。那十分遗憾，你将无法很好的享受一场酣畅淋漓的电影，因为理所应当的话音不同步；又或者，所有的网球爱好者将会迎来他们的末日，因为他们不得不面对这样一个事实：网球将会成为用生命在运动的超极限运动。高速运动的球却没有足够的反应时间，你所热爱的网球或许会成为伤害你的凶器。当然这些都是生活中小小的不幸，真正的不幸将是整个世界，或许都将不再如此美好。但是，如果你对这样一个不幸的世界抱有浓厚的兴趣的话，要如何才能将光很好的减速呢。如果你去超市逛一逛的话，那些平日里那些无比活跃的鱼，被冻成了冰块也就一动不动了。自然的，我们可以想到通过降温来减少分子的热运动，从而达到“减速”的效果。而对于光这种快得令人难以想象的东西，那么降温就要降到极致，自然，大家会脱口而出——绝对零度。如果绝对零度可以让光“冻住不许走”的话，那么也可以理解为将光关了起来。然而遗憾的是，你或许要与这个你所感兴趣的不幸的世界说再见了，准确的说，是再也不见。如果达到绝对零度的话，你已经不再是你了，别说你期待的新世界了，连和旧世界说再见的机会都没有了。更遗憾的是，热力学第三定律，你所期待的绝对零度不会到来。同时，对于光子这种作为没有静质量的玻色子，轻易的说出“冻住”这种话，图样图森破。但是我们对于一个新的想法不应该一概否定，或许我们可以有更多的思考。假如我们将物质冷下去，一直冷到不能再冷为止，比如接近绝对零度，会发生什么呢。如果你这样做了那么恭喜你，奇迹出现了，所有原子似乎都变成了同样的一个原子，再也无法区分，这就是物质的第五态——玻色爱因斯坦凝聚态。在这种极端情况下，前面箱子模型中，光子与物质接触所发生的作用是否会有所不同呢。其实这个想法并非空穴来风，美国哈佛大学的研究小组将钠原子气体冷却到了接近绝对零度形成了反射率为光纤一百万亿倍的极为浓密的气体，在此情况下射入的激光脉冲与之作用，光的传播速度得到了大幅度的降低，而这种在超低温状态下发生量子力学现象就称为玻色爱因斯坦凝聚现象。据说，减速后的光比现代自行车运动的世界纪录还慢。那么很高兴的告诉你，如果你有好的自行车骑行本领，你或许可以比光还快。比光还快，想来真的是很酷，那么光速是否可以降到零就交给我们继续探讨和研究了，你现在所急需去做的，是好好锻炼你的自行车水平。二、波动特性——清光随涟漪从另一个角度——光的波动性来看，我们又可以做一做文章了。在谈到粒子时，我们总是尝试着去捕捉他，或者让他动不了。但是波的话，他能衍射，他总会在你不易察觉的瞬间偷偷溜走，上面的方法自然就不太可行。由德布罗意方程我们知道，由波组成的物质传播是存在一定概率的，即是他能在各个地方传播存在一定概率。所以在概率大的地方光强越大，概率小的地方光强越小。假如我们有一种手段，像做一个壁垒一样，将光关在这个能量壁垒中，那么忽略遂穿效应，可以近似的认为光被关住了。这种壁垒容器一定是处于一种微观的状态，呈一种复杂的空间结构，从而在理论上可以认为关住了光。或许某一天，我天真的幻想可以成为现实，希望到那时我能拥有一个女朋友，大概。

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