預言成真！物理學家發現一種可以超光速的東西——光旋渦

根據一項近日發表在《自然》雜志上的新研究，物理學家發現一種可以超光速的東西——光旋渦，下面我們就來看看這具體是怎么回事。

先從一個更直觀的場景說起。想象一條河在流動，水流整體是向前的，此時你會看到水面上有些小漩渦在打轉，這些漩渦有時會沿著水流移動，其速度甚至會比周圍的水流還快。

實際上，光里面的情況與之有點類似。雖然我們肉眼看到的光似乎是均勻且平滑的光束，但從微觀層面來看，光更像是一種振動的波，既然是波，就會有波峰和波谷，也會有干涉、扭曲這些復雜的行為。

當光波在傳播過程中發生“扭轉”，就可能形成一些類似螺旋的結構，這就被稱為光旋渦，在這種螺旋結構的正中心，會出現一個很特殊的點，那里光的振幅正好抵消，而這個點就被稱為相位奇點。

這些光旋渦也會隨著光波的變化而移動、生成、消失（有點像水面上的漩渦不斷形成又消散），而當兩個性質相反的相位奇點彼此靠近時，它們會被一種類似“吸引”的機制拉到一起，然后在某個瞬間同時消失，這個過程被稱為湮滅。

在過去的日子里，物理學家早已根據理論預言出，當兩個性質相反的相位奇點靠近并即將湮滅時，它們的移動速度會越來越快，甚至可以超過光速，但問題在于，這一切發生得太快、尺度也太小了。

空間尺度上，這些結構往往只有納米級別，而時間尺度上，它們的變化可以快到飛秒甚至更短，以至于傳統的觀測手段，很難同時在這么小的空間和這么短的時間里捕捉細節。也正因為如此，這個預言遲遲沒有在實驗中證實。

實際上，此次研究就是讓這個預言成真了。根據介紹，此次研究使用了一種叫六方氮化硼的二維材料，在這種材料里，光不會像在空氣中那樣自由傳播，而是會和材料中的原子振動耦合，形成一種混合波，這被稱為聲子極化激元。

我們可以將其簡單的理解為，在這種材料中，光被“拖慢”了，這就給了物理學家更充裕的時間去觀察它內部的細節。

除此之外，此次研究還使用一種超高速電子顯微鏡，其空間分辨率很高，還能在極短的時間間隔內記錄變化，它可以把整個過程分成多次實驗，每一次稍微調整時間點，然后把這些“分段快照”拼接起來，就像做延時攝影一樣，還原出完整的動態過程。

最終，物理學家成功還原這樣一幕：兩個相位奇點在二維材料中逐漸靠近，速度越來越快，在接近湮滅的瞬間，它們的速度短暫地超過了光速。

盡管這個過程持續的時間極為短暫（大約只有幾千萬億分之一秒），但通過數據重建，人類第一次清晰地“看”到了這個早就在理論中被預言的現象。

看到這里，可能有人會問了，不是說超光速是不可能的嗎？難道說物理學又不存在了？其實這是可以解釋的。

簡單來講，光旋渦并不是一個攜帶能量或物質的實體，它更像是一個“圖案”，它們的運動并不是某種東西真的在空間中跑動，而是整個光波結構在變化時，其中心的相位奇點所在位置被重新定義。

這就好比是，你在電影院看電影，巨大的屏幕上有一個黑色的圓點從左移動到右，這個圓點的移動速度可以被設定得非常快，甚至在極短的時間內就從左邊跳到右邊，但這并不意味著有某個真實的物體以這個速度穿越了屏幕，它只是畫面變化的結果。

所以光旋渦的超光速，本質上其實就是這種“圖案變化速度”，而不是物理實體的運動速度。因為它不攜帶質量、不傳遞能量，也不承載信息，所以它即使超過光速，也不會觸碰到物理學的底線。

那么問題就來了，研究這種東西有什么用呢？

對此，物理學家表示，這種現象有力地證實了，無論是水波、聲波，還是光波，其內部都會出現類似的旋渦，其行為遵循共同的物理規律。

而此次研究最直接的意義，在于它提供了一種全新的觀察方法，通過追蹤這些旋渦的運動，我們就可以了解材料內部一些非常微小并且非常快速的過程。

這在材料科學、納米技術、生物物理等方面，都具備很好的應用前景。比如說在研究某種新材料的電子行為時，如果能通過光渦旋的變化來捕捉瞬時過程，我們就可以獲取到以前根本就看不到的信息。

參考資料：Superluminal correlations in ensembles of optical phase singularities. Nature 651, 920–926(2026)， doi.org/10.1038