科学家成功给光打结：将光束变卷饼状

 

 

据“生活科学”报道，光跟鞋带和电线一样，也可以扭曲、打结。现在科学家利用一个电脑控制的全息图和理论物理学，把一束光转变成像椒盐卷饼的形状。

 

研究人员表示，这种扭曲的工艺不仅导致一些非常美丽的图案的产生，而且对未来的激光装置研制也会产生重大影响。

 

英格兰布里斯托尔大学的首席研究人员马克·丹尼斯说：“在太空中穿行的光束就像在河流中流淌的水。”虽然激光指挥棒等物体发出的光都是沿直线运行，但是它也能呈螺旋方式运行。这种旋转的光被称作光旋涡(optical vortices)。光沿着螺旋路线运行，最终达到奇点，也就是没有了光。

 

丹尼斯说：“我们周围的光充满了这种黑线，只是我们看不到它们。我们的工作就是弯曲这些黑色结构，使光束打结。”研究人员知道，可以通过全息图制成光学旋涡。全息图对光的流向起到引导作用。通过利用所谓的纤维纽结理论(fibered knot theory)，丹尼斯和同事们制成了全息图，并通过反射作用，让常规激光束远离它。纤维纽结理论是在日常打结的启发下，出现的一种抽象数学分支。

 

丹尼斯说：“全息图就像一根引入光的纤维，跟教堂里的彩色玻璃窗非常相似。经过一面彩色玻璃窗后，光会出现窗户的彩色图案。”不过它们之间也存在差异，丹尼斯说：“彩色玻璃窗控制颜色，全息图控制光波的状态。”因此全息图上的每个点，就像窗玻璃上的每一个小格子，改变部分光束上的光波周期里的每一个点。他们制成的全息图可以改变光的状态，让它沿着黑色结点运行。

 

接下来，该科研组通过激光场严密监视照相机，以便拍到光打结的图片。他们的研究成果发表在1月17日的《自然—物理学》（Nature Physics）杂志上。它是有关这方面的第一项有力证据。虽然所谓的结点理论对类似于黑色结点的数学问题进行了研究，但是这项最新研究通过遵循光传播规律的数学函数，制成这些结点。另外，跟制成的与其他结点纽结在一起的黑色结点不一样，丹尼斯和他的同事们在光束里生成单一黑色结点。

 

丹尼斯说：“对我们来说，它显示了物理学家是如何适应现有纯数学的(例如结点理论)，并在自然现象里发现它的。它还显示了我们可以利用全息图控制激光流和激光传播。这种控制手段有可能会被应用在未来的激光装置上。”丹尼斯表示，对那些想制出自己的结点的人，拥有全息图和一束激光就能梦想成真。