美科学家模拟基础物理世界中的激光现象

 激光通常被认为是根据量子力学原理产生的明亮光束。但是一种用声音模拟激光的新设备把它带回了基础物理世界。

　　把手机振动器依次安放在铝板上可以形成相干震动，这与激光产生相干光的方式相似。此设备可以证明激光并不限制在量子世界里，这与大多数物理学家的观点相悖。

　　“很多我们平常认为与激光相关的现象事实上都存在于经典物理中。”伊利诺伊大学香槟分校的物理学家理查德•韦弗说，“无需量子力学就能理解。”

　　激光的应用十分广泛，从镭射笔到武器，但是都基于相同的原理。在受激发射过程中，红宝石棒(第一台激光设备)上的原子吸收光子激发出电子。被激发的电子会重新发射原始光子和一颗与之同步运行的相同光子，生成相干光。电子管两端的镜子会使之来回反射并激发出更多的光子。当有足够的光子步调一致时，杂乱无章的光线会突然转化为完美的相干光。

　　物理学家大多从量子力学的角度去思考激光的作用。例如，激光原理是因为光的波粒二象性;激光原理是因为光子恰巧是玻色子，它们可以聚集在同样的能量状态下。

但是韦弗认为激光作用并没有这么复杂。“激光的特点可以从经典系统中得出，这一点没有得到广泛认同。”他说，“物理学们在不必要的情况下使用量子力学解释，这会让一切变得很复杂。”

　　韦弗和他的研究生大卫•梅滕斯采用小机械电机简单的模拟激光，方式和手机震动模拟相似。研究者把16个电机贴附在薄铝板上，通过施加电压让它们震动。

　单个电机有自己特有的震动频率。但是当它们通过铝板连接时，就会以同样的频率震动。韦弗说，铝板和产生激光的红宝石棒作用相同。“各电机独立”运行的尖啸在同步震动时迅速转变成和谐的低鸣。

　　这是非相干光到相干光转变的模拟，韦弗说。更重要的是，电机可以彼此放大以更高的总能量震动，该能量比单个电机产生能量的总和要大。

　　“我们用许多词语描述激光——受激发射、自发辐射、单频、超辐射，它们都可以在经典力学系统中出现。”韦弗说，“它(设备)看起来和激光风马牛不相及，但确实在数学上相似。”

　　该设备也同其他谐振系统有着相似的数学背景，如萤火虫的闪烁或人们走过桥梁时的脚步。如果这些系统通过共振波保持同步，它们就可以被看成是某种激光。

　　“如果稍稍激进一些，你可能会说千年桥(位于伦敦)也同激光相似。”他说。韦弗认为声音激光主要是他“数学好奇心”的产物，没有期望它能得到实际应用。

　　但是，韦弗认为当激光1960年刚刚出现时，也被认为是“屠龙之技”，那时同样没人知道它会有什么效用。