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讓光停留一分鐘
2015/11/02
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今年七月,德國物理學家發表他們的研究成果,讓一束光在晶體裡停留一分鐘。我們知道光在真空中的速度大約是每秒三十萬公里,可以繞地球七圈半,到底是什麼技術,可以讓速度這麼快的光停下來呢?請聽今天的科學三分鐘,主題是:讓光停留一分鐘。

我們知道電磁波以光速傳播,光是電磁波的一種,手機用的無線通訊訊號也是電磁波。光速快到什麼地步?在真空中,光速大約每秒三十萬公里,從地球到月球,一分鐘足夠來回20趟。但德國的科學家,卻讓光停留了足足一分鐘。

他們利用的是「電磁誘發透明」技術,簡稱EIT技術。簡單來說,就是發射一束控制用的雷射光,激發某種晶體的量子效應,這個晶體,原本對於某個探測用的雷射光是不透明的,但是當它被控制雷射激發之後就會變為透明。接著,科學家再把探測用的雷射光射入晶體內,然後關掉「控制雷射」,讓晶體變回「不透明」。這時候,晶體中的原子狀態包含了原先「探測雷射光」的各種訊息,這個探測雷射光就相當於被「停住」了。然後,再把晶體變得透明,這個探測雷射光可以重新從晶體中射出來,不會損失能量,也不會有任何改變。

這項技術在十多年前就已經被發展出來,但是光可以被停止下來儲存的時間很短。經過多次實驗,科學家不斷延長光停止的時間,直到今年德國的科學家哈夫曼、海因斯等人,才終於達到停留一分鐘的歷史紀錄。

男:「讓光停留一分鐘?這樣有什麼用嗎?」
女:「這是一個開始嘛,很多基礎的科學研究,也是過了很久我們才發現,其實它們有很大的用處!」
男:哦~ 是這樣子喔…」
女:「不然我們來查查看好了……這個技術的實際應用,好像真的有耶……」

讓光停留一分鐘,有什麼用呢?重點在於,德國科學家射入晶體內部並且停下來的光,可以儲存資料。比方在這次實驗當中,停留的光束中就儲存了一個簡單的圖像。而且在停留一分鐘後,重新射出來的光束裡,這個圖像仍然存在。

這個裝置,很像手機或電腦中的記憶體,只是改用「光」來儲存資料。現在的電腦,體積愈來愈小,運算速度愈來愈快,但是要做得更快,卻愈來愈困難。於是許多科學家嘗試發展「光學電腦」,或直接稱為「光腦」,透過量子力學的效應,未來可能直接把資料儲存在光束裡面,甚至進行高速運算,比現在的電腦快上許多倍,體積也會更小。

從這點看來,德國物理學家的這項技術,就很有應用的潛力。只要能利用光束儲存資料,並且控制光的速度,要它快就快,要它停就停,將來就可望發展出光學電腦的記憶體和處理器。未來他們的研究方向,將致力於用一個單一的光子來儲存資料,如果成功,光學電腦的儲存與運算能力,將會更為驚人。

今天的科學關鍵字,就是

靜止光 stopped light

您可以透過這個關鍵字,進一步查詢或做延伸閱讀。

【本單元由行政院國家科學委員會補助製播】
2013-09-29 16:55:00播出
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