激光 基礎物理or量子物理？

OFweek激光網訊：激光通常被認為是根據量子力學原理產生的明亮光束。但是一種用聲音模擬激光的新設備把它帶回了基礎物理世界。

把手機振動器依次安放在鋁板上可以形成相干震動，這與激光產生相干光的方式相似。此設備可以證明激光並不限制在量子世界裡，這與大多數物理學家的觀點相悖。

「很多我們平常認為與激光相關的現象事實上都存在於經典物理中。」伊利諾伊大學香檳分校的物理學家理查德?韋弗說，「無需量子力學就能理解。」

激光的應用十分廣泛，從鐳射筆到武器，但是都基於相同的原理。在受激發射過程中，紅寶石棒（第一台激光設備）上的原子吸收光子激發出電子。被激發的電子會重新發射原始光子和一顆與之同步運行的相同光子，生成相干光。電子管兩端的鏡子會使之來回反射並激發出更多的光子。當有足夠的光子步調一致時，雜亂無章的光線會突然轉化為完美的相干光。

物理學家大多從量子力學的角度去思考激光的作用。例如，激光原理是因為光的波粒二象性；激光原理是因為光子恰巧是玻色子，它們可以聚集在同樣的能量狀態下。

但是韋弗認為激光作用並沒有這麼複雜。「激光的特點可以從經典系統中得出，這一點沒有得到廣泛認同。」他說，「物理學們在不必要的情況下使用量子力學解釋，這會讓一切變得很複雜。」

韋弗和他的研究生大衛?梅滕斯採用小機械電機簡單的模擬激光，方式和手機震動模擬相似。研究者把16個電機貼附在薄鋁板上，通過施加電壓讓它們震動。

單個電機有自己特有的震動頻率。但是當它們通過鋁板連接時，就會以同樣的頻率震動。韋弗說，鋁板和產生激光的紅寶石棒作用相同。「各電機獨立」運行的尖嘯在同步震動時迅速轉變成和諧的低鳴。

這是非相干光到相干光轉變的模擬，韋弗說。更重要的是，電機可以彼此放大以更高的總能量震動，該能量比單個電機產生能量的總和要大。

「我們用許多詞語描述激光——受激發射、自發輻射、單頻、超輻射，它們都可以在經典力學系統中出現。」韋弗說，「它（設備）看起來和激光風馬牛不相及，但確實在數學上相似。」

該設備也同其他諧振系統有著相似的數學背景，如螢火蟲的閃爍或人們走過橋樑時的腳步。如果這些系統通過共振波保持同步，它們就可以被看成是某種激光。

「如果稍稍激進一些，你可能會說千年橋（位於倫敦）也同激光相似。」他說。韋弗認為聲音激光主要是他「數學好奇心」的產物，沒有期望它能得到實際應用。

但是，韋弗認為當激光1960年剛剛出現時，也被認為是「屠龍之技」，那時同樣沒人知道它會有什麼效用。

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