南安普顿大学的研究人员证实了泽尔多维奇效应（Zel’dovich effect），即旋转物体放大了扭曲波。这一发现以前只在声波中得到证实，现在应用于电磁波，对量子物理和节能技术有很好的影响。

南安普顿大学的物理学家首次利用电磁波成功地测试并证实了一个50年前的理论。

他们的实验证明，在特定条件下，从旋转物体反弹的“扭曲波”（具有角动量的波）可以放大波的能量。

这被称为“泽尔多维奇效应（Zel’dovich effect）”，以苏联物理学家雅科夫·泽尔多维奇的名字命名，他在20世纪70年代基于这一观点提出了一个理论。到目前为止，人们认为它是用电磁场无法观测到的。

泽尔多维奇效应的原理是，如果物体以足够快的角速度旋转，通常会被物体吸收的具有角动量的波实际上会被物体放大。在这种情况下，物体是一个铝圆柱体，它的旋转速度必须快于入射辐射的频率，”南安普顿大学的研究员马里昂·克罗姆博士解释说。

“几年前，我和同事们成功地在声波中测试了这一理论，但直到最近的实验，它还没有在电磁波中得到证实。使用相对简单的设备 —— 一个谐振电路与一个旋转的金属圆柱体相互作用 —— 并通过创造所需的特定条件，我们现在已经能够做到这一点。”

科学家的研究结果发表在《自然通讯》杂志上。

与多普勒效应有关

泽尔多维奇效应很难观察到，但它与我们每天都在经历的一种众所周知的现象 —— 多普勒效应 —— 有关。

想象一下，你正站在一条繁忙的道路上，一辆警车响着警笛向你驶来。从你的角度来看，当它靠近时，警笛的声音比它经过时更高。

这是因为迎面驶来的汽车前方的声波被压缩了，频率很高，因此音调更高。在汽车后面，当汽车离开时，它们以较低的频率更多地扩散，从而导致较低的音调。这就是多普勒效应。

这也适用于光波。事实上，天文学家用它来了解行星体是靠近还是远离地球，根据从他们的观测点看到的光波的频率。

类似的“旋转多普勒”频移发生在扭曲波和相对旋转中。

在泽尔多维奇效应中，金属圆柱体需要旋转得足够快，从它的角度来看，它“看到”了角频率的“扭波”位移，以至于它实际上变成了一个负频率。这改变了波与圆柱体相互作用的方式。通常金属会吸收波，但当波的频率“变为负值”时，波实际上被放大了 —— 反射出圆柱体的能量比它接近圆柱体时要大。

“放大的条件是从物体的旋转角度来看，”马里昂·克罗姆解释说。“撞击它的扭曲电磁场已经发生了旋转多普勒位移，如此之大（或如此之低），以至于它们已经经过了零，变成了一个‘负’角频率。负频率意味着负吸收，这意味着放大。”

启示与未来研究

科学家们说，在不同的物理系统中证明泽尔多维奇效应，包括声学和现在的电磁电路，表明它在自然界中是相当基本的。电磁测试也为在量子水平上观察这种效应铺平了道路，在量子水平上，波可以通过圆柱体放大量子真空来产生。

南安普顿大学的亨德里克·乌布利希教授是该项目的负责人，他说：“我很高兴我们现在有了电磁泽尔多维奇效应的实验证据。在电磁环境下，下一个大挑战将会更加直接，那就是量子效应。

“我们的设置相对简单，在COVID期间建立这个实验并获取第一批数据是我的工作乐趣。现在看到结果是非常值得的，我非常感谢参与其中的出色团队。”

研究人员还表示，他们的发现可能对电气工程师探索改进感应发电机有用，比如风力涡轮机中使用的感应发电机。

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