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摘要:现在,使用欧洲南方天文台甚大望远镜的科学家们说,他们可能是在中子星发出的光中观察到这种效应的,中子星是一个具有非常强磁场的宇宙物体。这一现象表明,中子星周围的真空空间受到一种称为真空双折射的量子效应的影响,这种效应在20世纪30年代首次被预言,但从未被观测到。但当引擎熄火时,构成恒星的物质可能会坍缩成更小的区域,形成中子星。
一种80多年前预测的奇怪量子现象终于可能在自然界中被观测到。
在1930年,物理学家Werner Heisenberg和Hans Heinrich Euler预言,非常强的磁场可以改变真空中光波的极性(其中极性是指光的电场和磁场的方向)。这种被他们称为“真空双折射”的效应并不是经典物理学所预测的。
现在,使用欧洲南方天文台(ESO)甚大望远镜(VLT)的科学家们说,他们可能是在中子星发出的光中观察到这种效应的,中子星是一个具有非常强磁场的宇宙物体。[视频:中子星真空双折射的证据]
这幅艺术家的插图展示了来自强磁性中子星表面(左)的光在经过靠近恒星的空间真空到达地球上的观察者(右)时如何线性极化。这一现象表明,中子星周围的真空空间受到一种称为真空双折射的量子效应的影响,这种效应在20世纪30年代首次被预言,但从未被观测到。(ESO/L.Calçada)中子星是宇宙中密度最大的天体——根据美国宇航局的数据,一汤匙中子星物质在地球上的重量约为10亿吨(9亿公吨)。一颗“规则”恒星,像太阳一样,被其核心炽热的引擎所膨胀。但当引擎熄火时,构成恒星的物质可能会坍缩成更小的区域,形成中子星。【中子星的工作原理(信息图表)】
根据ESO的一份声明,新的研究使用了距地球约400光年的中子星RX J1856.5-3754的观测结果。尽管它是离地球最近的已知中子星之一,但它非常微弱,而且它的可见光只能通过VLT上的FORS2仪器才能观测到,这是“在当前望远镜技术的限制下,“根据声明,”
“真空双折射”只能在极强的磁场(如中子星周围的磁场)下检测到,”研究合著者、意大利帕多瓦大学科学家罗伯托·图罗拉说,在声明中说:
这张宽视场图像显示了南极日冕南部星座中非常微弱的中子星RX J1856.5-3754周围的天空。中子星本身太暗,在这里看不到,但它离图像中心非常近。(ESO/数字化天空调查2;确认:Davide De Martin)用FORS2仪器探测到的光显示出“显著程度”的线性偏振(“约16%”),这“可能是由于中子星周围的真空双折射的增强效应”,ESO官员在声明中说:
在经典物理学中,真空是完全空的,但在量子物理学中,有“虚拟粒子”在空间真空中不断出现和消失。海森堡和欧拉利用一种称为量子电动力学(QED)的理论来说明真空的量子特性将如何影响光波。“除非QED预测的真空双折射效应包括在内,否则我们用VLT测量的高线性偏振不能用我们的模型轻易解释。”作者Roberto Mignani是意大利国家天体物理研究所和波兰Zielona Gora大学的科学家,他说:
“根据QED,高磁真空表现为光传播的棱镜。”。(一个实际的棱镜使li弯曲
作者补充说,更灵敏的下一代望远镜可能具有进行更多测量的灵敏度,以测试真空双折射理论。他们说,未来的观测还应在不同波长的光(如X射线)中寻找偏振,
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