本文摘要：美国麻省理工学院（MIT）的科研团队日前在《大自然》杂志刊登论文称之为，首次在狄拉克锥中用一些无法解释点做成无法解释的环。

美国麻省理工学院（MIT）的科研团队日前在《大自然》杂志刊登论文称之为，首次在狄拉克锥中用一些无法解释点做成无法解释的环。无法解释点能产生一些很最重要的反直觉现象，可应用于强劲激光装置的制取等领域。什么是无法解释环和无法解释点，它因何能带给奇特现象，又怎样付诸实际应用于呢？论文第一作者、麻省理工学院物理系博士后甄博在拒绝接受科技日报记者专访时一一答案了这些困惑，让我们一窥这种类似物理态的奥秘。

　　狄拉克锥形内分解无法解释的环　　无法解释点所谓厄米波动系统中产生的一种类似现象，甄博说道。一般来说我们研究的波动系统都是厄米的，比如大学物理中自学的量子力学、电磁学等。相比之下学界对于非厄米系统则理解很少。

能量守恒和本征态的完善性是厄米波动系统中最重要的两个特性，而这些特性对非厄米系统来说不一定是准确的。比如当物理系统正处于无法解释点时，它的多个本征态会坍缩成一个，也即本征态仍然是完善的。这时就不会有很多新奇的物理现象产生。

　　大家都期望研究无法解释点，而首要的问题就是如何系统地去产生这样的无法解释点。我们找到了一个新奇的办法：利用狄拉克锥。

1928年，英国物理学家保罗狄拉克明确提出叙述相对论粒子态的狄拉克方程，如果在三维坐标系中画出有合乎狄拉克方程的无质量粒子的能量动量函数，呈圆形圆锥形，称作狄拉克锥。甄博说明说道：厄米波动系统中的狄拉克锥，两个椎体的头对在一个点上；而非厄米的，两个尖锥的头被压扁了：在一个圆圈的里面，两个锥体的头都变为了平的。这个圆圈，甄博团队将其命名为无法解释的环，其上的每一个点都是无法解释点。

　　无法解释点环带给无法解释现象　　当系统正处于无法解释点附近时，不会有很多看起来违背直觉的物理现象产生。甄博荐了这样一个例子：大大向一片半透明玻璃中加到吸光材料，同时测量有多少光能利用这片玻璃。一般来说的直觉是加到吸光材料就越多，利用玻璃的光就不会越多。

但实际情况是，当吸光材料特到一定量的时候，无法解释点就不会经常出现，这时如果再行加到更好的吸光材料，怪异现象再次发生了：反而有更加多的光可以通过玻璃。　　之所以不会产生这样违背直觉的现象，是缘于光的振动模式的局域化。

当吸光材料很少时，光的振动模式是集中的，光既可以不存在于吸取材料中，也可不存在于半透明材料中。而当吸光材料很多时，光的振动模式被局域简化了。一部分模式只相同不存在于吸取的部分，另一部分模式只相同不存在于半透明的部分。

这时当加到的吸光材料就越多，局域简化就就越显著，被局限在半透明部分的模式就就越集中于，玻璃也就变得就越半透明。光的振动模式从非局域化到局域简化的转折点就是无法解释点的一种表现形式，也是无法解释点一个很最重要的实验应用于。　　让无法解释点环充分发挥大起到　　如何将这些有意思的无法解释点付诸应用于呢？我们告诉，只有非厄米系统中才能产生无法解释点，而想有非厄米系统，最简单的办法就是引进损耗。

甄博认为，损耗大体上可分成两种：吸取损耗和电磁辐射损耗。专业吸波材料使用的损耗机制是吸取损耗；声波传向远方而渐渐消退，其损耗机制是电磁辐射损耗。

这两种损耗大量不存在于各种波动系统中。　　先前研究使用的损耗机制大多是吸取损耗，它对所用器材经常带给危害影响。我们的研究则使用了电磁辐射损耗。

甄博称之为，对光波来说电磁辐射损耗最少见的应用于就是激光笔。激光笔里有一个激光器，它是产生谐振的腔体。

腔体使用电磁辐射损耗，使得光能跑到谐振腔外构成光斑。激光笔的光斑只有在电磁辐射损耗的前提下才不存在。由此可见：电磁辐射损耗是很简单的，并且在某些时候甚至是适当的。

我们就是用电磁辐射损耗的原理来产生和研究无法解释点。　　作为无法解释点的环的一个应用于实例，甄博的研究明确提出了一种新的光子晶体激光器的设计方案。光子晶体是一种通过引进一些周期性结构来使介质可以自由选择何种波长的光需要击穿、而其他波长的光无法击穿的纳米材料。甄博回应：近些年来，新的科学计算模拟系统以及样品制取能力较慢发展，使得光子系统，特别是在是一维和二维周期性的光子晶体在实验上获得了巨大成就，其中之一就是光子晶体激光器的研发。

光子晶体激光器所指的是利用光子晶体作为谐振腔、三五族半导体量子阱作为放大器的电控激光器。目前，这种激光器的仅次于输出功率早已可以超过1.5瓦特。而容许输出功率进一步提高的最重要原因之一就是有很多不想的谐振模式的不存在，它们不会造成激光器的展现出上升。甄博说道：我们在激光器中引进了一圈的无法解释点，或者说无法解释的环，如此，那些校验的谐振模式就很难再行与我们想的谐振模式竞争。

计算结果表明，使用我们的无法解释的环设计，现有光子晶体激光器的输出功率可以再继续提升约10倍左右。　　甄博告诉他记者:近年来，研究人员对非厄米波动系统及涉及的宇称时间反演对称性的研究获得了很多最重要的突破，特别是在是在非厄米光子学的研究上。

他的研究就是一个例子。格物穷理，期望未来更好的研究为我们打开了解了解非厄米世界的大门。

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