南安普敦大學的研究人員證實了澤爾多維奇效應，即扭曲的波被旋轉的物體放大。這項發現以前只在聲波中得到證實，現在也適用於電磁波，對量子物理學和節能技術具有重要意義。

南安普敦大學的物理學家首次利用電磁波成功測試並證實了一個已有50 年歷史的理論。他們的實驗證明，在特定條件下，透過將”扭曲波”–具有角動量的波–從旋轉物體上彈起，可以放大波的能量。

這種現象稱為”澤爾多維奇效應”，以蘇聯物理學家雅科夫-澤爾多維奇（Yakov Zel’dovich）的名字命名。直到現在，人們還認為電磁場無法觀測到這種效應。

“澤爾多維奇效應的工作原理是，如果物體以足夠快的角速度旋轉，通常會被物體吸收的角動量波實際上會被物體放大。在這種情況下，物體是一個鋁製圓柱體，它的旋轉速度必須快於傳入輻射的頻率，」南安普敦大學研究員Marion Cromb 博士解釋。

用於完成澤爾多維奇實驗的設備。資料來源：南安普敦大學

“幾年前，我和同事們成功地在聲波中測試了這個理論，但直到最近的實驗，這一理論還沒有在電磁波中得到證實。利用相對簡單的設備–一個與旋轉金屬圓筒相互作用的諧振電路–並透過創造所需的特定條件，我們現在已經能夠做到這一點了。

科學家的研究成果發表在《自然通訊》雜誌。

與多普勒效應的聯繫

澤爾多維奇效應很難觀測到，但它與我們每天都會遇到的一種眾所周知的現象–多普勒效應有關。想像一下，你站在繁忙的馬路上，一輛警車鳴著警笛向你駛來。從你的角度看，當警車接近你時，警笛聲比警車經過時的音調更高。

這是因為汽車前方向您駛來的聲波被壓縮，頻率較高，因此音調較高。而在汽車後方，隨著汽車的遠去，聲波以較低的頻率更加分散，導致音調降低。這就是多普勒效應。

這也適用於光波。事實上，天文學家就是根據從他們的觀測點看到的光波頻率，來了解一個行星體是在向地球移動，還是在遠離地球。扭曲波和相對旋轉也會產生類似的”旋轉多普勒”頻移。

在澤爾多維奇效應中，金屬圓柱體需要足夠快地旋轉，以便從它的角度”看到””扭曲波”的角頻率發生了變化，以至於實際上變成了負頻率。這改變了波與圓柱體相互作用的方式。通常情況下，金屬會吸收波，但當波的頻率”變為負值”時，波實際上被放大了–反射到圓柱體上的能量比接近時更大。

瑪麗恩-克勞姆解釋說：”放大的條件是從物體旋轉的角度來看的。擊中它的扭曲電磁場發生了旋轉多普勒偏移，偏移量很大（或很低），以至於它們的角頻率突破了零，變成了’負’角頻率。

影響與未來研究

科學家說，在不同的物理系統（包括聲學和現在的電磁電路）中證明了澤爾多維奇效應，這表明它在本質上是相當基本的。電磁測試也為在量子層面觀察此效應鋪平了道路，在量子層面，波可能是由圓柱體放大量子真空產生的。

該計畫的導師、南安普敦大學的亨德里克-烏爾布里希特（Hendrik Ulbricht）教授說：「我很高興我們現在已經有了電磁澤爾多維奇效應的實驗證明。在電磁環境下，下一個重大挑戰–量子版的澤爾多維奇效應–將更為直接。看到結果出來了，我非常有成就感，我非常感謝參與其中的出色團隊。

研究人員還表示，他們的研究結果可能有助於電氣工程師探索感應發電機的改進方法，例如風力渦輪機中使用的感應發電機。

編譯自/ scitechdaily