文雙春：扭曲電磁波提升無線通信容量看前沿科學
文雙春
編者按：文雙春教授說，扭曲電磁波能提升無線通信容量，而從"中國弦"、"核弦"的角度看，圈量子三旋早就在描述扭曲電磁波。但也許"唱紅中國前沿科學是前沿神學"在國內外的一種環境、一種機制就會說，前沿科學"中國弦"、"核弦"是前沿神學，這話不否定實驗結果，是反對用玄學解釋！因為不能說是前沿科學引出的實驗證實了弦論,也可以是別的經典的量子理論。即唱紅中國前沿科學是前沿神學的目的，要達到說實驗結果是真實的，原理是瞎蒙的。各門現代科學之所以能夠被稱為科學，多少總有被實驗證明的例子。但是要說它全被證明了，則是不對的。首先，哪里來什么弦？這樣中國要有"喬布斯"，見鬼去吧！所以 廈門大學教授楊春時說，"教育可使庸才變天才，也可使天才變庸才。如果教育模式不能激發創造力，培養‘喬布斯'就無從談起。""恐不盡然吧。"華東理工大學副校長錢鋒說："在國外，大學更傾向圍繞國際前沿科技做研究，而我國國情要求，大學不但要做研究，還要為解決現實問題服務，也就是學術研究‘實用化'。按說我們應該會出一批‘喬布斯'！""活著就為改變世界"--當喬布斯帶領他的團隊創造出一個個令世界嘆為觀止的電子奇跡時，人們關注的已經不局限于這個"人"，而是轉向思考一種環境、一種機制。回顧2011年歲末，中小企業生存困境初顯，國務院總理溫家寶考察企業時發出感慨：中國要有"喬布斯"，要有占領世界市場的"蘋果"一樣的產品。那么誰在阻擋中國的"喬布斯"？是"唱紅中國前沿科學是前沿神學"在國內外的一種環境、一種機制在作怪。
據英國廣播公司（BBC）3月2日報道，瑞典空間物理研究所Bo Thide教授和其意大利同事小組最近在意大利威尼斯的瀉湖開展了一個引人注目的實驗，證明利用電磁波的軌道角動量即通過扭曲電磁波，可大幅提升無線通信的容量。研究人員說，他們將實驗地點特意選在400年前伽利略首次在威尼斯向權威們演示望遠鏡的地方，是因為他們在某種程度上也感受到了當年伽利略所面臨的困惑：團體或圈子內的人不相信他們的想法，所以他們決定向公眾演示他們的實驗結果。
這項工作3月2日發表在New Journal of Physics雜志上。在這項工作中，他們證明，通過對電磁波的不同軌道角動量進行編碼，即使在現實環境中，也可實現同一頻率（實際上是一個頻帶）傳輸多路信息，而通常情況下，同一頻率只能傳輸一路信息。這就有可能大幅度提升現有的無線通信容量（帶寬）。理論上，即使在不使用偏振或密集編碼技術的情況下，這項新的無線技術也可在某一固定頻帶范圍內實現無限多的信道傳輸，這對解決日益突出的無線通信帶寬擁塞問題提供了一個全新的解決方案。隨著近幾年電信業務的迅速增長，無線頻譜已變得難以置信的擁擠，新的信號傳輸方式幾乎沒有余地了，或者說現有的方式已很難擴充通信帶寬。瑞典空間物理研究所Thide教授和其意大利同事小組工作的意義在于發展了一種全新的物理機制，實現同一頻帶能夠承載更大的傳輸容量。
Thide教授發展的技術，其物理機制的核心在于電磁波的軌道和自旋角動量的差別。關于自旋和軌道角動量，可用地球-太陽系作一類比。地球繞它自身的軸旋轉，表現出它有自旋角動量；同時它也繞太陽轉動，表現出軌道角動量。光的"粒子"叫光子，可以攜帶自旋和軌道兩類角動量。光子的自旋角動量與光的偏振相關，眾所周知，一些太陽鏡和3-D眼鏡用到了光子的自旋角動量或偏振概念。正如3-D眼鏡的左眼和右眼"信號"可以利用光的不同偏振編碼到光上，同樣，利用光子的不同軌道角動量也可搭載更多的信號。讓電磁波有軌道角動量或扭曲電磁波很容易做到，就像扭曲一個傳送信號的盤子一樣簡單。Thide團隊就是這樣扭曲電磁波的，他們將一個標準的衛星接收天線盤的一側開個口子，再將兩邊錯開，這樣，電磁波束周圍的不同點相對于其他點就有了不同的波前。如果想象將這束電磁波凍結并圖像化，它看起來就像一個螺絲錐。
其實，Thide教授和其同事多年來一直在致力于探索這個問題，去年他們在Nature Physics雜志報道了他們在實驗室的研究結果，證明旋轉黑洞可以產生"扭曲的"光，nature網站當時為此發表評論，說扭曲電磁波有可能帶來電信領域的革命。今年他們在戶外現實環境中的實驗結果，朝著這個革命性的目標邁進了一大步。
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