减慢光速

【英国《经济学家》周刊７月１０日一期文章】题：光速慢于快速飞行的子
弹
在正常情况下，没有什么比光更快的了。但是如果这束光经过了乔治·韦尔
奇的处理，那么即使是一架小飞机也能比光跑得快。在最新一期的《物理学评论
通讯》上，韦尔奇博士和他的同事们描述了让光束通过一团由铷原子组成的热气
把光速从每秒钟３０万公里降到只有每秒钟９０米的方法。随着自然界的这个基
本性质发生如此巨大的改变，也许很多事情都将变得可能，其中包括存储和传输
信息的新方法，以及诸如光学开关等以光为基础的新装置。每秒９０米
几个月前，来自一些地方的研究人员演示了使光以每秒钟１７米的缓慢速度
通过一堆冰冷钠原子的过程，这次演示令人们兴奋不已。但是把原子冷却到只比
绝对零度高十亿分之几的温度是非常困难的，需要造价数十万美元的设备才能做
到。如果以慢光为基础的应用能够变成现实，就需要采用便宜一些并且简单一些
的方法。
得克萨斯农业和机械大学的韦尔奇博士意识到，在冰冷的钠原子中使光速降
低的基本物理原理在热的铷原子中也同样适用。用热的铷原子做实验要简单得多
。这项实验包括把一个装有固体铷金属的特殊透明容器（称为小室）加热到大约
１００摄氏度，然后把两束经过细微调节的激光射入小室。这两束激光由类型相
同、在光盘播放器中使用的激光器产生。
即使是穿过普通的透明材料，比如玻璃或者水，光速也会略微降低，因为光
会与组成材料的原子相互作用。在这种情况下，影响是微弱的，并且任何试图加
强这种影响的方法都会导致光的吸收。因此，重要的是使光的速度降低而不至于
被吸收。韦尔奇博士通过制造出两个波长略微不同的光脉冲并且让它们相互作用
做到了这一点。这种方法可得到两个结果。首先，这种方法把原子置于一种非常
微妙的量子状态，在这种状态下原子不能吸收光。其次，两束光之间的相互作用
产生了另外一束波长很长的光，这束光的传播速度比组成它的原先两束光的速度
要慢得多。慢速光的用途
像这样降低光速还能获得其他一些效应。其中一种效应可以在降速材料中产
生一种称为极高非线性的现象。在大多数情况下，光的行为是线性的：把入射到
玻璃上的光强增加一倍，穿过玻璃后光的强度也会增加一倍。但是，非线性意味
着入射光性质的微小变化会导致透射光性质发生巨大改变。对加热的铷元素来说
，把其中一束入射到气团中的激光的频率或者强度稍微改变，会突然导致光被吸
收并且无法传播。正是这种性质使设计光学开关的工程师们兴奋不已。
而且，加利福尼亚大学的光学工程师阿塔奇·伊马姆奥卢认为，在通信领域
中单是光能够减速传播这个现象就会带来其他一些用途。工程师在通过光缆传送
光脉冲时，常常需要把某个用来与其他信号作对比的信号延迟一段时间。目前，
他们的做法是把其中一个脉冲沿着为达到这一目的而专门建造的很多光纤发送出
去。而采用一个大小为１０厘米、装满高温铷气的小室应该能够达到同样目的并
且更加有效。
在降低光速过程中获得的其他一些副效应也有着实际用途。韦尔奇研究小组
的组员迈克尔·卡什说，装满铷气的小室在改变激光束以产生难以获得的波长方
面极其有效。他和他的同事已在考虑运用这个实验的原理制造一个廉价、高效的
紫外线源，由于紫外线波长短，因此可用来读取刻在光盘等媒介上的更小、排列
更紧密的数据。总而言之，尽管比光速更快仍然是科幻小说中的事，但是现在把
光速降低已成为现实并且可能更有用处。