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[未来科学] 天天遇见爱因斯坦(3)
即使有些物理学家了解到光子会同调,爱因斯坦的计算仍显示,受激辐射极难发生。罗彻斯特大学研究量子光学的物理学家斯特劳德说:「爱因斯坦所预测的是一个其小无比的效应,所以我不认为人们了解其重要性。」或者,如斯特劳德的同事渥尔夫所说的:「爱因斯坦比所有人超前了许多年。」

在1917年论文发表后的几十年内,有些文献曾零零星星地提到产生受激辐射,但这些想法都没有被进一步研究。汤斯在1950年代早期理解到,产生辐射放大的关键在于共振腔。在迈射出现几年之后发明出来的雷射,其所用的共振腔,不过就是两片镜子所夹的空间,光在里面可以来回反射使强度逐渐增强,直到光束从其中的一面(可以部份透射的)镜子穿透射出。

有了这些基本知识后,工程师发现可以从许多材料做出雷射—包括掺有萤光染料的果冻,甚至是奎宁水(tonic water)。雷射的广泛使用得归功于半导体工业以及发光二极体的设计。的确,使用受激辐射的产品多得吓人。除了DVD播放机、雷射平准仪与指示笔之外,飞机里的环状陀螺仪、供商业用途的切割工具、医疗仪器,与光纤的传播讯号里都有雷射。雷射在科学是不可或缺的工具,就举两个例子,几位研究者使用它来研究化学反应及操纵微观物体,因而获得诺贝尔奖。在美国海军天文台里,迈射可做为准确的时钟,也可以放大天文研究里微弱的无线电讯号。

GPS的滴答声
我逛「标靶」的下一站是户外运动部,不过没找到想找的东西,我逛回电子产品部。询问柜台人员:「你们有卖GPS装置吗?」得到的回答是:「已经不再卖了。」

不过隔壁的「电器城」(Circuit City)有好几种款式,少数几款价格不到200美元。这些手持式装置藉着接收全球定位系统的卫星时间信号,可以提供经度、纬度以及海拔高度。要准确的测量距离得有准确的计时器,所以24个GPS卫星都各自携有原子钟(参见2004年6月号〈让路痴不再迷路〉)。

现在大多数购自商店的GPS接收器可以定出你的位置,误差范围约15公尺。科罗拉多大学波尔德分校的物理学家阿什比(Neil Ashby)说,误差小于30公尺的话,表示GPS接收器一定有考虑到相对论。华盛顿大学的物理学家威尔(Clifford M. Will)进一步解释:「如果没有考虑相对论的话,天上的时钟跟地上的就不会同步。」相对论说,快速移动的物体会比静止不动的老化得慢。威尔计算了一下,每个GPS卫星每小时约飞行1万4000公里,这表示它上头的原子钟比地上的每天要慢上约7微秒。

不过,重力的相对论效应对时间的影响更大。平均说来,GPS卫星位于地面上空两万公里,它们所感受的重力只是地面上的1/4。因此,卫星上的时钟每天要快上45微秒。因此GPS里得考虑这38微秒的总偏差。阿什比解释说:「如果卫星不做频率修正,每天就会增加11公里的误差。」(实际效应更复杂些,因为卫星轨道有离心率,所以离地球有时近有时远。)

【意犹未尽吗?欲阅读完整全文,请参阅科学人2004年10月号〈天天遇见爱因斯坦〉】

来自 http://www.sciam.com.tw/read/read...=559&DocNo=910



献花 x0 回到顶端 [楼 主] From:台湾中华电信 | Posted:2005-08-18 07:08 |

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