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一颗恒星替物理学家完成了一项等了将近100年的实验。实验对象是真空,就是字面意义

一颗恒星替物理学家完成了一项等了将近100年的实验。实验对象是真空,就是字面意义上什么都没有的空间;实验结果,是这片真空表现得像一块棱镜,把穿过的光拧了一下。

这事听起来像变魔术。真空怎么会拧光?但这个预言写在量子电动力学里,上世纪30年代由物理学家维尔纳·海森堡和汉斯·欧拉推出来,此后一直没人能在真实宇宙里直接验证。原因很实在:要让真空出现这种效应,得有一个强到离谱的磁场,比人类在地球上造出的最强磁场还要再强1亿倍。

实验室里造不出来,天文学家就把目光转向宇宙。那里有一种叫磁星的奇异天体,磁场强度超过地球磁场的1万亿倍。美国乔治·华盛顿大学博士生蕾切尔·斯图尔特(Rachel Stewart)领导的团队近日在《自然》(Nature)上报告,他们盯上了编号1E 1547.0-5408的那颗磁星,结果发现它的光以一种与真空双折射预期相符的方式被改变了。

磁星本身已经够极端。它是大质量恒星死后留下的致密核心,一颗城市大小的球,质量却比太阳还大,表面磁场强到能在1000千米外把人体里的原子扯变形。1E 1547.0-5408的射电和X射线辐射又格外亮,成了检验这个量子预言的理想对象。

研究团队用X射线偏振成像探测器盯着它转。随着磁星自转,射电波和X射线的振荡方向跟着改变。结果有两处对不上常规模型。第一,光的偏振程度比同类天体的预期值高了3倍。第二,按磁场几何形状,某些区域本该偏振为零,实际上却不是。

澳大利亚斯威本科技大学天体物理学家、研究合作者马库斯·洛尔说,他们仔细追踪了射电波和X射线随磁星自转的振荡方向,发现这颗星的磁极和自转轴恰好摆成一个适合检验真空双折射的角度。在这个配置下,超强磁场把海森堡预言中的虚粒子排成队列,从外部看去,真像是真空本身在扭光。

所谓虚粒子,是真空中不断成对冒出又瞬间湮灭的正反粒子,平时不露痕迹,但磁场强到磁星这个份上,它们的集体行为就会改变光的传播方式,这就是真空双折射。

不过,审慎的声音同样存在。未参与这项研究的德国埃尔朗根-纽伦堡大学天文学家在随刊评论中写道,这个解释是否成立,取决于研究者提出的磁星几何模型是否正确。意大利帕多瓦大学天文学家罗伯托·塔韦尔纳也提醒,射电和X射线信号到底透露了这颗星的哪些真实性质,眼下还不完全清楚。

也就是说,海森堡和欧拉90多年前的预言,距离盖棺定论还差最后一步。但磁星已经证明,量子实验室不必非在最小的尺度上寻找。一颗遥远的死星核心,照样能把真空的隐秘性质照得清清楚楚。

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图为磁星1E 1547.0-5408的艺术想象画,它是一颗快速自转的中子星,磁场强度超过地球磁场1万亿倍,图源:NASA/Pablo Garcia

信源:Lee, Gayoung. "Heisenberg Said Empty Space Isn’t Really Empty. A Magnetic Star May Have Finally Proven Him Right." Gizmodo, 17 Aug. 2026