根據(jù)一項(xiàng)近日發(fā)表在《自然》雜志上的新研究，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)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(gè)更直觀的場景說起。想象一條河在流動(dòng)，水流整體是向前的，此時(shí)你會(huì)看到水面上有些小漩渦在打轉(zhuǎn)，這些漩渦有時(shí)會(huì)沿著水流移動(dòng)，其速度甚至?xí)戎車乃鬟€快。

實(shí)際上，光里面的情況與之有點(diǎn)類似。雖然我們?nèi)庋劭吹降墓馑坪跏蔷鶆蚯移交墓馐?，但從微觀層面來看，光更像是一種振動(dòng)的波，既然是波，就會(huì)有波峰和波谷，也會(huì)有干涉、扭曲這些復(fù)雜的行為。

當(dāng)光波在傳播過程中發(fā)生“扭轉(zhuǎn)”，就可能形成一些類似螺旋的結(jié)構(gòu)，這就被稱為光旋渦，在這種螺旋結(jié)構(gòu)的正中心，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)很特殊的點(diǎn)，那里光的振幅正好抵消，而這個(gè)點(diǎn)就被稱為相位奇點(diǎn)。

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

在過去的日子里，物理學(xué)家早已根據(jù)理論預(yù)言出，當(dāng)兩個(gè)性質(zhì)相反的相位奇點(diǎn)靠近并即將湮滅時(shí)，它們的移動(dòng)速度會(huì)越來越快，甚至可以超過光速，但問題在于，這一切發(fā)生得太快、尺度也太小了。

空間尺度上，這些結(jié)構(gòu)往往只有納米級(jí)別，而時(shí)間尺度上，它們的變化可以快到飛秒甚至更短，以至于傳統(tǒng)的觀測(cè)手段，很難同時(shí)在這么小的空間和這么短的時(shí)間里捕捉細(xì)節(jié)。也正因?yàn)槿绱?，這個(gè)預(yù)言遲遲沒有在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)。

實(shí)際上，此次研究就是讓這個(gè)預(yù)言成真了。根據(jù)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(huì)像在空氣中那樣自由傳播，而是會(huì)和材料中的原子振動(dòng)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(xué)家更充裕的時(shí)間去觀察它內(nèi)部的細(xì)節(jié)。

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(shí)間間隔內(nèi)記錄變化，它可以把整個(gè)過程分成多次實(shí)驗(yàn)，每一次稍微調(diào)整時(shí)間點(diǎn)，然后把這些“分段快照”拼接起來，就像做延時(shí)攝影一樣，還原出完整的動(dòng)態(tài)過程。

最終，物理學(xué)家成功還原這樣一幕：兩個(gè)相位奇點(diǎn)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(gè)過程持續(xù)的時(shí)間極為短暫（大約只有幾千萬億分之一秒），但通過數(shù)據(jù)重建，人類第一次清晰地“看”到了這個(gè)早就在理論中被預(yù)言的現(xiàn)象。

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

簡單來講，光旋渦并不是一個(gè)攜帶能量或物質(zhì)的實(shí)體，它更像是一個(gè)“圖案”，它們的運(yùn)動(dòng)并不是某種東西真的在空間中跑動(dòng)，而是整個(gè)光波結(jié)構(gòu)在變化時(shí)，其中心的相位奇點(diǎn)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(gè)黑色的圓點(diǎn)從左移動(dòng)到右，這個(gè)圓點(diǎn)的移動(dòng)速度可以被設(shè)定得非?？?，甚至在極短的時(shí)間內(nèi)就從左邊跳到右邊，但這并不意味著有某個(gè)真實(shí)的物體以這個(gè)速度穿越了屏幕，它只是畫面變化的結(jié)果。

所以光旋渦的超光速，本質(zhì)上其實(shí)就是這種“圖案變化速度”，而不是物理實(shí)體的運(yùn)動(dòng)速度。因?yàn)樗粩y帶質(zhì)量、不傳遞能量，也不承載信息，所以它即使超過光速，也不會(huì)觸碰到物理學(xué)的底線。

那么問題就來了，研究這種東西有什么用呢？

對(duì)此，物理學(xué)家表示，這種現(xiàn)象有力地證實(shí)了，無論是水波、聲波，還是光波，其內(nèi)部都會(huì)出現(xiàn)類似的旋渦，其行為遵循共同的物理規(guī)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(yùn)動(dòng)，我們就可以了解材料內(nèi)部一些非常微小并且非?？焖俚倪^程。

這在材料科學(xué)、納米技術(shù)、生物物理等方面，都具備很好的應(yīng)用前景。比如說在研究某種新材料的電子行為時(shí)，如果能通過光渦旋的變化來捕捉瞬時(shí)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