科学家发现一种扭曲晶体，可利用 "伪引力 "像黑洞一样弯曲光线

光子晶体是一种由周期性排列的不同折射率的介质制造的规则光学结构。这种材料因为具有光子带隙而能够阻断特定频率的光子，从而影响光子运动。这种影响类似于半导体晶体对于电子行为的影响。由于半导体在电子方面的应用，人们推想可以通过光子晶体制造的器件来控制光子运动，例如制造光子计算机。

然而，光子晶体不仅可以控制光的传播，还可以模拟光在强引力场中的行为。这是因为光子晶体的形状或大小的改变会导致其周期性发生变化，从而改变其能带结构和有效势能。如果我们选择合适的参数，我们就可以让这个有效势能类似于引力场，并且让光线沿着弯曲的轨迹运动。这就是伪引力效应。

伪引力效应是一种新型晶体能像黑洞一样弯曲光线的现象。它使光线偏离其通常的直线路径。这项新研究的作者发表在《物理评论A》杂志上，称这种现象可用于6G通信技术。由于这种晶体模仿了光经过黑洞和其他超密集空间物体时的情形，因此这项新技术还可用于研究所谓的量子引力，这是一种将量子力学和爱因斯坦相对论结合起来的理论。

根据相对论，光和其他电磁波会受到引力的影响。这被称为引力透镜，天文学家一直用它来研究类星体等大质量空间天体。由于需要巨大的质量，在实验室环境中再现这种效应非常困难，但科学家们一直怀疑他们可以利用晶体材料来模拟这种现象。

为此，日本东北大学工程研究生院教授北村恭子和她的同事们从光子晶体入手。他们利用了一种叫做螺旋位错的晶体缺陷，这是有序晶体结构中的一种“错误”，它会产生一定的扭曲力。这种以科学家约翰·D·埃舍比名字命名的“埃舍比扭曲”已经被用来制造像松树一样螺旋状的纳米线。但是这项研究是第一次将埃舍比扭转用于制造由原子厚度的半导体二维层叠加而成的晶体。

研究小组逐渐扭曲这些晶体，破坏晶格，然后用光束穿过晶体，观察它们的偏转。他们发现光线在晶体内部的传播路径与在强引力场中的路径非常相似。他们还发现光线的偏转角度与晶体的扭曲程度有关。

北村在一份声明中说：“就像重力弯曲物体的轨迹一样，我们想出了一种在特定材料内弯曲光线的方法”。

以这种方式操纵光是下一代通信技术的潜在途径之一。下一代通信技术将需要在太赫兹范围或100千兆赫兹以上发送信息。研究人员认为，创造性地操纵光是达到这些频率的途径之一。这种新材料还可以应用于研究领域。

研究报告的共同作者，日本大阪大学副教授藤田雅之在声明中说：“从学术上讲，这些发现表明光子晶体可以利用引力效应，为引力子物理学领域开辟了新的道路”。

引力子是介导引力的假想量子粒子。目前还没有观测到这种粒子，科学家们也没有完全弄清楚这种粒子在理论上是什么样子。但是有一些理论试图将引力子和其他基本粒子统一起来，例如超对称理论和弦理论。这些理论都预言了引力子的存在和性质，但是由于引力子的相互作用非常微弱，要想在实验中检测到它们非常困难。

扭曲晶体的发现为引力子的研究提供了一个新的平台。它可以让科学家们在实验室中模拟引力子的行为和效应。这可能会帮助我们更好地理解引力的本质和起源。

扭曲晶体的制造方法也很有趣。它是通过在硫化锗的晶体中引入螺旋位错来实现的。硫化锗是一种常用的半导体材料，它可以用于制造太阳能电池和红外探测器。硫化锗的晶体结构是由两个原子层组成的六角形，这些原子层可以像石墨烯一样堆叠在一起，形成二维层。但是如果在堆叠过程中引入一些偏移，就会产生螺旋位错。

螺旋位错的形成可以用一个简单的比喻来解释。假设我们有一张正方形的纸，并且在其中心画一个圆。然后我们将纸沿着对角线对折，并且将圆的一半剪掉。接着我们将纸展开，并且将剪掉的圆的一半粘贴在另一半的边缘。这样我们就得到了一个螺旋状的图形。这个图形就相当于一个螺旋位错的二维投影。

螺旋位错的存在会导致晶体的周期性发生变化，从而改变其光学性质。这种变化可以用数学公式来描述。研究人员发现这个公式和描述引力场的公式有着惊人的相似性。这意味着螺旋位错可以模拟引力场的效应。

这种效应的一个例子是光的偏转。当光线通过一个螺旋位错的晶体时，它会沿着一个弯曲的路径传播。这个路径和光线在强引力场中的路径非常相似。这就是伪引力效应。

伪引力效应的一个应用是6G通信技术。6G通信技术是指使用太赫兹频段的无线通信技术。它比目前的5G通信技术有着更高的速度和更低的延迟。但是太赫兹波的传播受到大气的强烈衰减和散射。因此需要一种能够有效控制太赫兹波的方向和形状的技术。

伪引力效应可以提供这样一种技术。通过改变螺旋位错的晶体的形状或大小，我们就可以改变光线的偏转角度。这样我们就可以实现对太赫兹波的精确控制。这对于6G通信技术的发展非常有利。

伪引力效应的另一个应用是量子引力的研究。量子引力是一种试图将量子力学和相对论统一起来的理论。它可以解释一些物理学中的难题，例如黑洞的奇点和宇宙大爆炸的起源。但是量子引力的实验验证非常困难，因为它需要极端的条件，例如极高的能量和极小的尺度。

伪引力效应可以为量子引力的实验验证提供一个新的平台。它可以让科学家们在实验室中模拟引力场的效应，并且观察光子的行为。这可能会帮助我们发现一些量子引力的现象和证据。