一个国际科研团队在26日出版的《自然》杂志上发表论文称，他们首次直接测量了光波中“暗点”的运动速度，证实了上世纪70年代的一项预言：这些点的速度可以超过光速。
图为研究示意图。图片来源：《自然》网站
研究团队由以色列理工学院、美国哈佛大学、麻省理工学院和西班牙光子科学研究所的科学家组成。他们测量的“暗点”，本质上是波形结构中的微小“孔洞”，物理上称为涡旋。这类现象在自然界中十分常见：海浪翻涌、气流奔涌，甚至搅动咖啡或水流进水池时，都可以见到它们的身影。
早在20世纪70年代，便有科学家从理论上预言：涡旋的运动速度，可以超过形成它的波速。好比河流中的漩涡竟能超越水流本身。不过，这一预测此前始终停留在理论层面，直到此次实验才首次获得证实。
爱因斯坦相对论指出，真空中的光速是速度极限。但相对论约束的是有质量的物质，以及传递能量或信息的信号。而团队观测到的涡旋，既无质量，也不携带能量或信息，因此并未违反相对论的基本原理。
团队解释说，这些光涡旋是光波中的“零点”，即波振幅降至零的位置。通俗地说，它们就是嵌入光场中完全黑暗的点。
此次突破，得益于团队自主研发的一套独特的显微镜系统，其集成了先进的激光系统与光机装置，实现了前所未有的时间和空间分辨率。
实验中，团队在一种名为六方氮化硼的特定材料中测量了涡旋的运动。在这种材料中，光波会转变为一种特殊的“光—声”波。这类“极化子”可被理解为运动极慢——速度仅为真空光速约1/10的光波，也可被视为运动极快的声波。正是在这些“慢动作”的波中，光涡旋得以“跳跃”，进而超越光速。
最新成果不仅证实了50年前的理论预言，还揭示了从声波、流体到超导体等复杂系统中波所共有的普遍自然规律。更重要的是，它为科学研究提供了一项强大的新工具。这种创新的显微技术，有望捕捉物理学、化学与生物学中那些最迅速、最难以窥见的过程，揭示自然界最隐秘的运动与瞬间。
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