X-射线海市蜃楼：俄科学家实现光学领域新突破

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海市蜃楼作为一种在地球大气中形成的光区内美丽而神秘的现象早已为众人所熟知。疲惫的旅行者在地面上看到某种似乎在水面上的景象，这种沙漠中的海市蜃楼的例子枚不胜举。其实，在炙热的沥青路面上有时也能看到一些虚幻的小水洼。海市蜃楼形成的主要原因在于空气各层温度不同而导致的其极度不均匀性。在这种条件下光线的分布便难以呈直线形式（各层空气的折射指标差别极大），因此人们就把远处的对象（或与其同时出现的对象）看成虚幻的物体，即相对于原物产生位移的真实图像。事实证明，海市蜃楼不仅可以在光区，而且还可以在X-射线区看到。包括莫斯科国立大学科研人员在内的国际科学家小组首次做到了这一点。这篇文章发表于《自然通讯》杂志六月期。科学家们通过对X-射线激光性能的研究，首次在X-射线光谱区内观察到了海市蜃楼现象。

每个人都对光学激光有所了解（如激光指示器或配色音乐表演）。然而辐射的增强（激光是一种量子发生器，而激光一词“LASER”为light amplification bystimulated emission of radiation的缩写，意为通过受激辐射加强光线）不仅可以在光学区内发生。关于X-射线激光器的想法已存在多年，最早是由时任莫斯科国立大学校长的雷姆·霍赫洛夫（Rem Khokhlov）于1973年在物理系普通物理与波过程教研组提出的。美国人则于1981年提出建立核泵浦X-射线激光器的方法并在此基础上制定出了著名的“星球大战”太空计划。目前，X-射线激光器已不用于战争而是科学，40年前莫斯科国立大学物理系奠定的传统在继续发扬。

俄罗斯物理学家在X-射线区观察到海市蜃楼之后便开始寻找这种现象的物理学基础，并依据这一基础不仅成功确定了在X-射线激光中形成海市蜃楼的必要条件，并且还首次提出了其形成的理论。“我们创建了海市蜃楼的一般性理论。我们知道，此前光学界并不存在该理论，而只有定性解释。”理论的创立者之一、莫斯科国立大学物理系普通物理与波过程教研组副教授谢尔盖·马格尼茨基（Sergey Magnitskiy）说。研究人员通过对X-射线激光的研究发现了暗环与亮环的交替。这种现象非同寻常，因为一般来说在激光中只有一个辐射发生器。马格尼茨基表示：“这些环的来源非常奇怪，乍一看完全无法解释”。但他们很快就弄清了这一现象并阐明了其自然属性，包括在数学上阐释。

为描述所观察到的这种特殊现象，俄罗斯科学家们发明出了一种通用算法：他们推导出一个公式，通过这一公式在数学上不仅可以描述X-射线的海市蜃楼，而且还可以描述其它任何形式的海市蜃楼。为计算出X-射线在等离子体内的分布，莫斯科国立大学的科学家们发明了一种特殊的方法，这种方法考虑到其流体动力参数。他们发现，在等离子体内会产生第二个虚幻的辐射源，该辐射源通过相位与发生器紧密相连，换句话说，与其相干。这些辐射源相互作用，从而形成相互交映的各种画面，这事实上就是海市蜃楼，但还具备一个新的特性——相干性。

谢尔盖·马格尼茨基指出，该项研究工作的成果未来可在两个有趣的实用方向发展。第一，X-射线全息图。此外，物体的图像可达到极高的分辨率——约10纳米。他说：“我们正在积极致力于这个方向”。第二，即所谓的遮盖，即一种特殊面层，物体可借助于这种面层实现隐形。“这一点在光学领域已经取得一定进展”，马格尼茨基说，“现在您可以想象一下，光学区已一切准备就绪：某些物体实现了隐形。但如果使用X-射线辐射源，那么所有这些物体便立即现身。我们的研究成果使至少开始想象这种使物体在X-射线中也可隐形的面层成为可能”。马格尼茨基说。“但在X-射线中的遮盖则还只是对遥远未来的展望”。

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作者：安东·库兹涅佐夫（Anton Kuznetsov）