研究人員利用一個具有350 年歷史、通常應用於有形物體的機械定理，揭示了關於光本質的新見解。透過把光的強度解釋為等同於物理質量，他們把光映射到一個可以應用既定機械方程式的系統。這種方法揭示了光波的非量子糾纏程度與其偏振程度之間的直接關聯。這些發現可以透過更直接的光強度測量來簡化對複雜光學和量子特性的理解。

史蒂文斯理工學院的研究人員應用了一個有350 年歷史的定理，該定理最初用於描述鐘擺和行星的行為，揭示了光波的新特性。

自從17 世紀艾薩克-牛頓（Isaac Newton）和克里斯蒂安-惠更斯（Christiaan Huygens）就光的本質展開辯論以來，科學界一直在努力解決這個問題： 光究竟是波還是粒子–或者，在量子層面上，光究竟是波還是粒子？現在，史蒂文斯理工學院（Stevens Institute of Technology）的研究人員揭示了這兩種觀點之間的新聯繫，他們利用一個有350 年歷史的機械定理–通常用於描述大型物理物體（如鐘擺和行星）的移動–來解釋光波的一些最複雜的行為。揭示光特性之間的聯繫這項由史蒂文斯大學物理學助理教授錢曉峰領導的研究工作發表在8月17日在線出版的《物理評論研究》（Physical Review Research）雜誌上，它還首次證明了光波的非量子糾纏程度與其偏振程度之間存在著直接的互補關係。一個上升，另一個就會下降，這樣就能直接從偏振程度推斷出糾纏程度，反之亦然。這意味著難以測量的光學特性，如振幅、相位和相關性，甚至量子波系統的特性，都可以透過更容易測量的東西推導出來：光強度。史蒂文斯理工學院的物理學家利用一個有350 年歷史的定理來解釋鐘擺和行星的工作原理，從而揭示了光波的新特性。圖片來源：史蒂文斯理工學院錢永健說：”一個多世紀以來，我們一直知道光有時表現得像波，有時表現得像粒子，但事實證明調和這兩種框架極其困難，我們的工作並沒有解決這個問題–但它確實表明，波和粒子概念之間不僅在量子層面，而且在經典光波和點質量系統層面都存在著深刻的聯繫。”將惠更斯力學定理應用於光團隊使用了惠更斯最初在1673 年一本關於鐘擺的書中提出的機械定理，該定理解釋了旋轉物體所需的能量如何隨物體的質量和旋轉軸的不同而變化。”這是一個行之有效的機械定理，可以解釋鐘錶或義肢等物理系統的工作原理。但我們能夠證明，它也能為光的工作原理提供新的見解。”這個有著350年歷史的定理描述的是質量和它們的旋轉動量之間的關係，那麼在沒有質量可測量的情況下，如何將它應用於光呢？錢永健的團隊將光的強度解釋為等同於物理物體的質量，然後將這些測量結果映射到一個座標系上，這個座標係可以用惠更斯力學定理來解釋。從根本上說，他們找到了一種轉換光學系統的方法，這樣就能把它視覺化為一個機械系統，然後用成熟的物理方程式來描述它。研究小組將光波視覺化為機械系統的一部分後，光波特性之間的新連結就會立即顯現出來–包括糾纏和偏振之間的明確關係。錢永健說：”這是以前從未展示過的，但一旦把光的特性映射到機械系統上，就會變得非常清晰。曾經抽象的東西變得具體了：利用機械方程，可以實實在在地測量’質心’和其他機械點之間的距離，從而顯示光的不同屬性之間的關係。”澄清這些關係可能會產生重要的實際影響，使光學系統–甚至量子系統–的微妙和難以測量的特性可以從更簡單、更可靠的光強度測量中推導出來。更推測性的是，研究小組的發現表明，有可能利用機械系統來模擬和更好地理解量子波系統奇特而複雜的行為。錢永健說：「這仍然擺在我們面前，但透過第一項研究，我們已經清楚地表明，透過應用力學概念，有可能以一種全新的方式理解光學系統。最終，這項研究有助於於簡化我們理解世界的方式，讓我們認識到表面上互不相關的物理定律之間的內在聯繫。”