百年物理难题,被普通的“石英棒”破解了,能量是可以被无限困住

360影视 动漫周边 2025-04-13 06:44 2

摘要:这背后是一个物理界传说级别的现象:BIC(Bound states in the continuum),中文译作“连续谱中的束缚态”。

一组韩国科学家,用的是一组普通得不能再普通的石英圆柱体,破解了物理学百年难题!

这背后是一个物理界传说级别的现象:BIC(Bound states in the continuum),中文译作“连续谱中的束缚态”。

什么叫连续谱中的束缚态?简单讲,就是明明四周可以走,波却偏偏不走——能量就在原地打转,不扩散,不泄漏,不消失,像个漩涡卡在流水中。

这个概念早在1929年就被冯·诺依曼和维格纳提出来,但长期被认为只能在复杂多体系统中才有可能实现。尤其单粒子系统能不能存在BIC,一直是理论物理里一句废话都不敢乱说的禁区。

这次韩国POSTECH团队联合全北大学,直接正面突破。

他们拿的是石英制成的小圆柱体,看似简单,实际是精密机械平台。每个“粒子”可调性极强,关键点在于——触点。

机械波传播过程里,大量能量是通过粒子之间的接触面传递出去的。但这组研究里,他们在特定对齐方式下,居然让波的某种模式——被称为“偏振保护型BIC”——完全局限在一个粒子内。

能量不传递,不衰减,不辐射出去。完全的束缚态。

而且实验测得的品质因数Q值超过1000。这意味着这个共振腔比传统系统少掉了几个数量级的能量损耗。

然后他们把多个这种石英柱连成一条链。

通常波在链上传播会扩散、会干涉、会失真。但这里不是。每个粒子都像一个能量陷阱,彼此之间以某种极其精密的方式协同,使得整个链条上出现了一种奇特的“平带”现象。

平带(Flat band)意味着频率不变,波不扩散,震动不消散。整个系统像被按下暂停键,却又在内部悄然共振。研究人员称之为“连续谱中的束缚能带”(BBIC)。

一个直觉图像是:往水里扔块石头,本来应有波纹扩散开,但在这套结构里,水面涟漪原地不动,只局部起伏——完美局域化

百年来,物理学家对于“能量是否可以被无限困住”一直拿不出明确结论。这次,他们在“单粒子系统中能否存在完美束缚态”这一问题上,给出了明确答案。

能量捕获系统,比如高效声波采集装置,不再需要复杂结构。通讯滤波器,不再依赖低温超导。传感器的灵敏度,可能将被推到热噪声极限以下。

而更重要的是,这种现象是纯经典波动实现的,不依赖量子效应。这意味着大规模工程化的难度可能被大幅压缩。

也就是说,这不是“只存在于论文里的突破”,而是可以落地的物理武器。而且是在最朴素的物理系统里,做出了最极致的能量控制。

对传统振动系统、超声波控制、微纳器件设计来说,这意味着过去几十年构建在“能量总要泄漏”的技术假设上,可能全部要推翻。

来源:老胡科学一点号

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