八十多年前，科學(xué)家針對光在極強(qiáng)磁場中的行為表現(xiàn)提出了“真空雙折射”理論，如今該理論終于得到了證實。真空雙折射理論指出，磁場會使真空起到棱鏡的效果，光從中穿過時會發(fā)生偏振現(xiàn)象。

在此次研究中，科學(xué)家成功在距地球400光年之遙的中子星RX J1856.5-3754周圍觀測到了光的偏振現(xiàn)象。

圖為該中子星附近區(qū)域的照片。圖為暗淡的中子星RX J1856.5-3754周圍的天空，該中子星位于南冕座。這部分天空中還包含了變星南冕座R星（左上角）周圍或明或暗的星云，以及球狀星團(tuán)NGC 6723。

北京時間12月3日消息，據(jù)國外媒體報道，八十多年前，科學(xué)家針對光在極強(qiáng)磁場中的行為表現(xiàn)提出了“真空雙折射”理論，如今該理論終于得到了證實。真空雙折射理論指出，磁場會使真空起到棱鏡的效果，光從中穿過時會發(fā)生偏振現(xiàn)象。

近日，意大利國家天體物理研究所（INAF）和波蘭綠山城大學(xué)（University of Zielona Gora）的天文學(xué)家在使用歐洲南方天文臺的甚大望遠(yuǎn)鏡研究一顆遙遠(yuǎn)的中子星發(fā)出的光線時，首次觀測到了這種偏振現(xiàn)象。研究人員稱，在接下來的十年間，在新一代望遠(yuǎn)鏡的幫助下，我們可以利用這一特性判斷中子星的大小和引力。

這顆中子星是在一顆至少有太陽十倍大的恒星發(fā)生劇烈爆炸后形成的，也就是超新星。中子星的密度極高，僅一勺物質(zhì)便重達(dá)胡夫金字塔的900多倍。中子星周圍還分布著極強(qiáng)的磁場，強(qiáng)度可達(dá)太陽磁場的數(shù)十億倍。而多虧了中子星周圍這些強(qiáng)大的磁場，天文學(xué)家才得以首次觀測到“真空雙折射現(xiàn)象”。

“問題在于，比太陽磁場強(qiáng)數(shù)十億倍的磁場是無法在地球上被創(chuàng)造出來的，它們僅存在于中子星這樣的恒星周圍。”該研究的主要作者羅伯托·米格納尼教授（Roberto Mignani）指出。但在此次研究中，科學(xué)家成功在距地球400光年之遙的中子星RX J1856.5-3754周圍觀測到了光的偏振現(xiàn)象。量子電力學(xué)（簡稱QUE）是描述光子與帶電粒子之間相互作用的量子理論。該理論指出，太空中充滿了虛粒子，隨時會出現(xiàn)或消失。

將近100年前，該理論剛被提出的時候，德國物理學(xué)家維爾納·海森堡（Werner Heisenberg）和漢斯·海因里希·歐拉（Hans Heinrich Euler）便對真空雙折射效應(yīng)做出了預(yù)測。他們提出，強(qiáng)大的磁場可能會改變恒星周圍真空的特性，導(dǎo)致光線穿過時會發(fā)生偏振現(xiàn)象。偏振指的是光振動的方向。如果光在一個平面上進(jìn)行振動，便屬于線偏振；而如果光的振動方向呈圓形，則構(gòu)成了圓偏振。

“在強(qiáng)大的磁場影響下，真空的性質(zhì)會發(fā)生巨大的變化。”意大利帕多瓦大學(xué)的羅伯托·杜羅拉（Roberto Turolla）指出，“電磁輻射和可見光在穿過處于強(qiáng)大磁場中的真空時，便會發(fā)生偏振，轉(zhuǎn)化為兩種不同的模式：平常模式（ordinary modes）和反常模式（extraordinary modes）。”

但這種情況只有在類似該研究中的中子星周圍才能實現(xiàn)。“這么強(qiáng)大的磁場是無法在地球上的實驗室中實現(xiàn)的，它們只存在于中子星附近，而中子星是宇宙中已知的、最強(qiáng)大的磁鐵。”羅伯托·杜羅拉說道。“這也是我們見過的最微弱的偏振現(xiàn)象，必須用世界上最大、最高效的望遠(yuǎn)鏡才能觀測到。”意大利國家天體物理研究所的文森佐·特斯塔（Vincenzo Testa）表示。

“我覺得最令人激動的是，這項預(yù)測原本是量子電力學(xué)這樣的基礎(chǔ)物理理論所提出的，雖然歷經(jīng)80年之久，但從未通過實驗證實過。而如今，我們居然借助了天文學(xué)方法，通過觀測中子星驗證了這一預(yù)言的正確性。”

研究人員還需要觀測其它中子星，從而驗證該效應(yīng)是否會對其它光線的波長同樣造成影響。有了能夠測定X光的新一代天文望遠(yuǎn)鏡之后，天文學(xué)家便能將其付諸實踐了。加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)的一名天體物理學(xué)家杰洛米·海爾（Jeremy Heyl）稱，如果從太空中進(jìn)行測定的話，由量子效應(yīng)引發(fā)的偏振應(yīng)該能達(dá)到百分之百的水平。

海爾指出，研究偏振現(xiàn)象將幫助天體物理學(xué)家推斷出中子星的相關(guān)屬性，如大小和表面引力強(qiáng)度等。