想知道光是如何工作的吗尝试询问机械师

(资料图)

自 17 世纪艾萨克·牛顿和克里斯蒂安·惠更斯首次争论光的本质以来，科学家们一直在思考光最好被视为波还是粒子，或者在量子层面上，甚至同时是两者。现在，史蒂文斯理工学院的研究人员揭示了这两种观点之间的新联系，他们利用 350 年前的机械定理(通常用于描述钟摆和行星等大型物理物体的运动)来解释一些最常见的现象。光波的复杂行为。

这项工作由史蒂文斯大学物理学助理教授钱晓峰领导，发表在《物理评论研究》 8 月17日在线期刊上，也首次证明了光波的非量子纠缠度存在直接互补关系。与其偏振度有关。当一个上升时，另一个下降，从而可以直接从极化水平推断出纠缠水平，反之亦然。这意味着难以测量的光学特性，如振幅、相位和相关性——甚至可能是量子波系统的这些特性——可以从更容易测量的东西中推断出来：光强度。

钱说：“一个多世纪以来，我们就知道光有时表现得像波，有时像粒子，但事实证明，协调这两种框架极其困难。”“我们的工作并没有解决这个问题，但它确实表明波和粒子概念之间不仅在量子层面，而且在经典光波和点质量系统层面都存在深刻的联系。”

钱的团队使用了最初由惠更斯在 1673 年一本关于钟摆的书中提出的机械定理，该定理解释了旋转物体所需的能量如何根据物体的质量及其旋转轴而变化。“这是一个完善的机械定理，它解释了时钟或假肢等物理系统的工作原理，”钱解释道。“但我们能够证明它也可以为光的工作原理提供新的见解。”

这个已有 350 年历史的定理描述了质量与其旋转动量之间的关系，那么它如何应用于没有质量可测量的光呢?钱的团队将光的强度解释为相当于物理物体的质量，然后将这些测量结果映射到可以使用惠更斯力学定理解释的坐标系上。“本质上，我们找到了一种平移光学系统的方法，这样我们就可以将其可视化为机械系统，然后使用完善的物理方程来描述它，”钱解释道。

一旦团队将光波可视化为机械系统的一部分，光波特性之间的新联系立即变得显而易见，包括纠缠和偏振彼此之间存在明确的关系这一事实。

“这是以前从未展示过的东西，但一旦将光的属性映射到机械系统上，就会变得非常清楚，”钱说。“曾经抽象的东西变得具体：使用力学方程，你可以从字面上测量‘质心’和其他机械点之间的距离，以显示光的不同属性如何相互关联。”

钱解释说，澄清这些关系可能具有重要的实际意义，可以从更简单、更稳健的光强度测量中推断出光学系统甚至量子系统的微妙且难以测量的特性。更具推测性的是，该团队的发现表明使用机械系统来模拟和更好地理解量子波系统的奇怪而复杂的行为的可能性。

“这仍然摆在我们面前，但通过第一项研究，我们清楚地表明，通过应用机械概念，可以以全新的方式理解光学系统，”钱说。“最终，这项研究让我们认识到看似不相关的物理定律之间的内在联系，从而帮助简化我们理解世界的方式。”

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