據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，雖然自牛頓以來(lái)，很多物理規(guī)律被認(rèn)為是不變的，比如光始終沿直線傳播；沒(méi)有外力的作用，物體無(wú)法改變速度。但是新一代的物理學(xué)家卻有不同 的想法：盡管基本物理規(guī)律不會(huì)變化，但運(yùn)用新方法來(lái)“迷惑”這些規(guī)律后，就可以完成看上去不可能的事情。比如2007年的一項(xiàng)工作就表明，光可以沿曲線傳 播，而且這個(gè)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)獲得了實(shí)際應(yīng)用。圖中展示了電子的加速波群強(qiáng)度的空間分布，這是由科學(xué)家計(jì)算得到的。越亮的區(qū)域強(qiáng)度越高。很難區(qū)分科學(xué)家在圖中預(yù)測(cè)的粒子自加速和傳統(tǒng)電磁場(chǎng)導(dǎo)致的粒子加速。

不同于彎曲光線的方法，MIT的博士后Ido Kaminer和以色列理工學(xué)院的4位物理學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)基于理論分析發(fā)現(xiàn)：亞原子粒子可以被誘發(fā)從而開(kāi)始自加速到接近光速，而且這個(gè)過(guò)程沒(méi)有任何外力作用。此外，他們認(rèn)為產(chǎn)生這一現(xiàn)象的內(nèi)在規(guī)律也可以用來(lái)延長(zhǎng)某些不穩(wěn)定同位素的生命期，而這很有可能為基本粒子物理開(kāi)辟一個(gè)新領(lǐng)域。

這一發(fā)現(xiàn)已經(jīng)發(fā)表在了《自然》雜志的物理學(xué)子刊上。新發(fā)現(xiàn)基于量子物理基本原理——狄拉克方程組的一個(gè)異常解集合。狄拉克方程從波結(jié)構(gòu)(在量子力學(xué)中，波和粒子是同一物理現(xiàn)象的兩個(gè)方面)角度來(lái)解釋基本粒子(電子等)的相對(duì)論行為。Kaminer的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)操縱波結(jié)構(gòu)，可以讓電子的行為變得異常和反直覺(jué)。

粒子的詭異行為
科學(xué)家可以使用定制的相位掩膜來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)波的操控，這和制作全息圖的方法類似，區(qū)別只在于尺度要小得多。粒子一旦以這種方式被創(chuàng)造，就開(kāi)始自加速，這種自加速和粒子受到電磁場(chǎng)作用后產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)很難區(qū)分。

“電子會(huì)不斷加速，變得越來(lái)越快，”Kaminer說(shuō)：“這看上去不可能，因?yàn)槲锢矶刹辉试S這種事情發(fā)生。”但實(shí)際上，這種自加速并不違反物理定律(動(dòng)量守恒定律等)，因?yàn)楫?dāng)粒子加速時(shí)，它也會(huì)在相反方向的空域傳播。

“電子的波群不止在加速，也在膨脹，”Kaminer說(shuō)：“粒子的波群尾其實(shí)在為粒子的主要部分做補(bǔ)償，當(dāng)粒子的主要部分向前加速時(shí)，波群尾就會(huì)向后走，因此整個(gè)動(dòng)量仍然守恒?！?/p>

科學(xué)家進(jìn)一步研究后發(fā)現(xiàn)，自加速現(xiàn)象和相對(duì)論有關(guān)：它可以看做另一種形式的時(shí)間膨脹和空間收縮。愛(ài)因斯坦預(yù)言物體接近光速時(shí)會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的一個(gè)著名例子就是愛(ài)因斯坦的“雙生子佯謬”：如果有一對(duì)雙胞胎兄弟，其中的一個(gè)乘坐火箭進(jìn)行高速星際飛行，而另一個(gè)則停留在地球上。當(dāng)前者返回地球時(shí)，他會(huì)發(fā)現(xiàn)自己比他的兄弟年輕了許多。

延長(zhǎng)生命期
亞原子粒子存在自然衰減現(xiàn)象，生命期極短，時(shí)間膨脹可以使得這些粒子的生命期大大延長(zhǎng)。粒子的生命期延長(zhǎng)后，就能被更容易的研究。Kaminer因此說(shuō)：“科學(xué)家也許就可以測(cè)量其它情況下無(wú)法實(shí)現(xiàn)的粒子物理效果。”此外，生命期延長(zhǎng)可能引發(fā)這些粒子的不同行為，從而有可能開(kāi)辟意外的物理學(xué)新領(lǐng)域。Kamine還說(shuō)：“你可以得到包括電子在內(nèi)的其它粒子的不同性質(zhì)。”

盡管這種現(xiàn)象只是基于理論計(jì)算后預(yù)測(cè)的，但Kaminer認(rèn)為可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)展示。他正和MIT物理教授Marin Solja?i?聯(lián)合設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)將用到與特制相位掩膜相匹配的電子顯微鏡，這種顯微鏡的分辨率是全息攝影使用的顯微鏡的1000倍。這也是目前為止已知的影響電子場(chǎng)的最精密方法。

雖然這項(xiàng)研究還處在起步階段，也很難預(yù)測(cè)將來(lái)會(huì)有哪些實(shí)際應(yīng)用，但Kaminer認(rèn)為，這種特殊的電子加速方法可能在多個(gè)領(lǐng)域(醫(yī)學(xué)成像等)發(fā)揮作用。

“近幾年，自加速和保形波束的研究非?；钴S，不同類型的光束、等離子體束、電子束都得到了證明，很多人也研究了這些粒子在不同介質(zhì)中的傳播。但Kaminer的團(tuán)隊(duì)為粒子的狄拉克方程解出了保形解，而之前的絕大部分工作都沒(méi)有考慮這一點(diǎn)?！碧乩S夫大學(xué)的電子工程教授Ady Arie這樣評(píng)價(jià)，他并沒(méi)有參與Kaminer的研究。

Ady Arie接著說(shuō)，最有趣的結(jié)果可能是利用這些粒子來(lái)演示著名的“雙生子佯謬”，因?yàn)檫@項(xiàng)發(fā)現(xiàn)表明：只有在彎曲軌道傳播的自加速粒子和與之對(duì)應(yīng)的保持靜止的雙胞胎粒子之間才能發(fā)生時(shí)間膨脹。