陳根：當光束不遵循折射定律，發生了什麼？_風聞

文/陳根

斯涅爾定律（Snell’s Law），亦稱折射定律（Law of Refraction）。事實上，關於折射的實驗，在古希臘就已有記錄。

公元二世紀，托勒密使用了一個劃分為360等分的圓盤，在圓盤中心上裝兩把能繞盤心旋轉的尺子，將圓盤的一半浸入水中。讓光線由空氣射入水中，就得到它在水中的折射光線，轉動兩把尺子，使它們分別與入射光線和折射光線重合。

即讓視線沿上端直尺望去，調節兩直尺位置，使兩直尺看上去在一直線上，然後取出圓盤，按尺子的位置刻下入射角和折射角。按照實驗數據，托勒密大致假定了光的入射角和折射角成正比的結論，而這也是最早關於折射實驗的記錄。

折射定律從雛形到被視為公理定理已有千年，而最近發表在《自然光子學》上來自佛羅里達大學的研究人員開發出一種新型的激光束，它不遵循長期以來關於光如何折射和傳播的原理，這可能對光通信和激光技術產生巨大影響。

一般來説，光束被稱為時空波包，在折射時（即穿過不同的材料時）遵循不同的規則。通常，光線進入較密的材料時會變慢。

研究團隊以航天器為例，當其向深度相同、但距離不同的兩艘潛艇發送光編碼消息時，通常信息會先抵達較近的子節點。但利用“時空波包”的特性，可讓光脈衝同時“恰到好處”地抵達兩個子節點。

儘管聽起來與物理學的某些基礎定律相矛盾，但研究團隊強調稱，它實際上仍遵循狹義相對論。因為這項技術並未擾亂光本身的振盪（波粒二象性），而是對光脈衝的峯值傳播速度加以控制。

但對於通信，這意味着在這些數據包中傳播的消息的速度不再受通過不同密度的不同材料傳播的影響。舉例來説，如果考慮到一架飛機試圖與兩艘潛艇在同一深度進行通信，但其中一艘很遠，而另一艘則在附近，那麼相距較遠的那一架將比附近的一架更長。但通過脈衝傳播，只要它們在同一深度，就可以使它們同時到達兩艘潛艇。

研究人員表示，該研究的下一步工作包括研究這些新的激光束與諸如激光腔和光纖之類的設備之間的相互作用，以及將這些新見解應用於物質。