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光子帶的形成科學(xué)原理是什么
光子帶想必大多數(shù)人都沒有聽過吧，但是有很多的天文愛好者都對(duì)光子帶有很大的興趣。下面是小編為你精心推薦的光子帶的科學(xué)原理，希望對(duì)您有所幫助。
光子帶的形成原理
光子帶由許多帶狀星云組成，任何一個(gè)遇到此星云的外星種族都承認(rèn)它是一個(gè)偉大的入口。它實(shí)際上被許多開明的外星人稱為“行星的麻煩射手”。
讓我們概述這個(gè)太陽系即將進(jìn)入的光子帶的科學(xué)原理。整個(gè)宇宙是由一個(gè)又一個(gè)的旋渦和渦流向心能量以及相關(guān)電磁場結(jié)合而成的——就像水里的面的旋渦，一個(gè)大旋渦里面有一個(gè)小旋渦(這是愛因斯坦的廣義相對(duì)論時(shí)空拓樸結(jié)構(gòu)背后的體系)。這些螺旋能量產(chǎn)生了自然的時(shí)空軌道：衛(wèi)星圍繞行星、行星圍繞太陽、太陽系圍繞更大的旋渦中心等等。
我們的行星地球繞太陽旋轉(zhuǎn)的周期是一年，但是我們的太陽系作為一個(gè)整體圍繞銀河系有24,000年的軌道周期。有許多其他太陽系在這個(gè)周期運(yùn)動(dòng)里(就像無數(shù)個(gè)行星圍繞太陽旋轉(zhuǎn)一樣)。昴宿星正在這個(gè)光子帶里面，距離我們有400光年遠(yuǎn)，并且實(shí)際上我們的太陽系是昴宿六恒星系統(tǒng)的一部分。光子帶由許多從銀河系中心產(chǎn)生的光子云段組成，并且與銀河系的旋臂有關(guān)。
因此我們的太陽系還有地球，大約需要24,000年的時(shí)間回到這一特定軌道回到同一位置。想像許多恒星系統(tǒng)圍繞一個(gè)大規(guī)模的軌道旋轉(zhuǎn)，并且想像有一個(gè)巨大的環(huán)形或面包圈狀星云切割這些恒星系統(tǒng)。
它也被描述為一個(gè)變形蟲狀粒子云，但它的大部分頻率都是不可見的，就這就光子帶。這意味著我們的太陽系在每24,000年的周期里穿越這個(gè)光子帶兩次(即一次12,000年)。
光子帶的云層厚度使我們的太陽系要花費(fèi)2,000年的時(shí)間去穿越，在兩次穿越之間大約有10,000年時(shí)間的空閑期(2*10,000 + 2*2,000 = 24,000)。
盡管如此，一些消息來源指出，我們停留在光子帶的時(shí)間將會(huì)短得多——只有30到40年，取決于人類對(duì)變化的抵制程度。這很難用我們的固定循環(huán)周期解釋。不過同樣的來源也指出，我們的地球正處于由人類文明所造成的損害帶來的困境中，并且向光子帶呼叫(call for)——一個(gè)典型的行星緊急呼救程序。
光子帶的介紹
如果你對(duì)天文學(xué)有所研究，就會(huì)知道，我們地球所在的銀河系叫做Milky Way Galaxy，太陽系位于銀河系邊獵戶座的旋臂上，地球繞太陽公轉(zhuǎn)，而整個(gè)太陽系則繞昂宿星團(tuán)公轉(zhuǎn)，昂宿星團(tuán)繞銀河中心公轉(zhuǎn)，大約每240000年太陽系才會(huì)完成一次公轉(zhuǎn)。銀河系中除了星團(tuán)、黑洞之外，還存在一個(gè)非常奇特的東西，即光子帶，光子帶富含高能量的光子，震動(dòng)力非常強(qiáng)，大約在1961年時(shí)被科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)。
據(jù)天文學(xué)家的描述，銀河系光子帶為圈形，其中心和太陽公轉(zhuǎn)軌道中心重疊，半徑和太陽公轉(zhuǎn)半徑相同，但其平面卻和太陽公轉(zhuǎn)平面垂直，即太陽系每公轉(zhuǎn)半圈就會(huì)遇到一次光子帶，要通過整個(gè)光子帶需要花上兩千年的時(shí)間。上次地球離開光子帶是一萬年前的亞特蘭蒂斯文明時(shí)期(當(dāng)時(shí)的人類生活在后來沉入大西洋、被柏拉圖稱之為大西洲的“亞特蘭蒂斯大陸”上，亞特蘭蒂斯文明也是人類文明距離我們最近的一個(gè)高峰，以后有時(shí)間我會(huì)寫一篇關(guān)于地球，也稱蓋亞(Gaea)有證可查以及流傳在傳說和記憶中的人類文明的文章，在那里面，瑪雅文明所說的人類前四次大的毀滅都可以具體對(duì)應(yīng)上)。
言歸正轉(zhuǎn)，斗轉(zhuǎn)星移間，如今又是一個(gè)一萬年過去了(要是你我都能活這么久，該是多么幸福的一件事件哈，不過將來或許就有可能呢，有點(diǎn)跑題了，呵呵)，也就是說地球又將要與光子帶來一次“親密接觸”了。由于光子帶中含有密集及高震動(dòng)力的光子，一旦進(jìn)入它，整個(gè)太陽系都將會(huì)產(chǎn)生劇變，地球的電磁場會(huì)完全被改變，光子會(huì)變成我們主要的能源，星際旅行將夢(mèng)想成真。光子還會(huì)改變?nèi)梭w的結(jié)構(gòu)，我們的震動(dòng)力將會(huì)被瞬間提升，身體變得比較透明和輕盈，意識(shí)等級(jí)也會(huì)被提升，許多生活中的幻象從此消失，人類將會(huì)擁有那些上天早就賜與我們，現(xiàn)在看來可能覺得不可思議的“超能力”。屆時(shí)，人類可以感覺來自靈魂十分強(qiáng)烈的欲望，去愛、去創(chuàng)造、去服務(wù)他人，或是強(qiáng)烈地感受到一種對(duì)生活改變的渴望，讓你能夠體驗(yàn)更多的喜悅與更大的完整。
按照諸多資料的描述，在2012年年底前，地球?qū)?huì)進(jìn)入光子帶的主流中; 2013年時(shí)，會(huì)有更加不可思議的事情發(fā)生。據(jù)《你正成為一個(gè)宇宙人》一書中介紹：“當(dāng)太陽系接進(jìn)光子帶及整個(gè)沉浸在零度帶(null zone)時(shí)，你們的星球會(huì)經(jīng)歷一場黑暗。突然間夾雜微微光點(diǎn)的黑夜將會(huì)被完全的黑暗所取代，就好像整個(gè)星球被丟到一個(gè)外門緊閉的衣柜中，太陽會(huì)從視野中消失，黑夜中滿天的星斗也將不見。當(dāng)零度帶壓縮太陽及衛(wèi)星的光時(shí)，白天會(huì)突然間變成晚上。”是不是和瑪雅人及水晶頭骨的言論如出一轍?屆時(shí)，“地球的電磁場將崩解，所有的原子會(huì)被改變，你體內(nèi)的原子會(huì)被轉(zhuǎn)變，身體變的輕飄飄、有點(diǎn)透明，在你周圍的那層意識(shí)薄紗會(huì)被除去，你將不會(huì)處于狹隘的三度空間�！贝蠹铱赡芸吹胶芏嗟胤蕉荚谡f，地球進(jìn)入光子帶后將要被提升到第四或第五度空間，這里的度可指維度，也可指密度，如指維度的話，也就超越了時(shí)間;密度則是指一種振動(dòng)頻譜，主要為思想和精神的密度，而非通俗意義上的物質(zhì)密度，當(dāng)然，精神和物質(zhì)是同源的，并且在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)換的，因與本文關(guān)聯(lián)度不大，這里不再展開。這也契合了瑪雅長歷法中暗示的“2012年12月21日后，人類在精神和意識(shí)方面的覺醒和飛躍”一說，以及西方占星家眼中“進(jìn)入寶瓶座后，人類的靈性或宇宙意識(shí)將達(dá)到一個(gè)更高的高度;地球也將從現(xiàn)在的第三維度進(jìn)入第四維度”這一顯著特征。
光子帶的的概念
光子帶或光子環(huán)是一種虛構(gòu)、幻想、不存在的宇宙光體。美國許多科學(xué)家指稱光子帶并不存在，因?yàn)楣庾又粫?huì)做前進(jìn)的運(yùn)動(dòng)，無法聚集成一個(gè)環(huán)或帶。
它是一種邊緣信仰，與新紀(jì)元運(yùn)動(dòng)有很大的聯(lián)系。其主張地球?qū)⒃?012年被光子帶或光子環(huán)完全封住，并認(rèn)為這一交互作用將導(dǎo)致長達(dá)2至3日的極晝/極夜，其間電氣設(shè)備將大范圍地失效。
目前所傳言的“光子帶”，有些近乎神話，并能使人類及周圍萬物出現(xiàn)“迅變”，但目前還沒有“實(shí)在”的什么證明。
如果光子帶是對(duì)光線的描述，則要形成按照網(wǎng)絡(luò)中對(duì)光子帶的描述“光子帶是甜甜圈形”的這一形態(tài)是不可能的。我們知道強(qiáng)引力場可以彎曲光線，而要達(dá)到完全成“甜甜圈形”則除了黑洞沒什么其他星體可以做到。而要達(dá)到像整個(gè)銀河系那么大的“圈”，則此黑洞一定巨大無比了，起碼有銀河那么大了。那我們還會(huì)存在嗎?我們世界的物質(zhì)組成可是一般的物質(zhì)粒子，速度與光比可是慢之又慢，因此將更容易落入引力陷阱。我們?cè)缭谶M(jìn)入光子帶前就隨銀河系一起毀滅了。
另一方面，如果把光子帶認(rèn)為是一般物體一樣的存在，就更荒謬了。光的基元雖然可以說是光子，但那是與光波相通的。光是輻射，是電磁波，電磁波是不可能像一般我們這些粒子般“相對(duì)固定”在某處的(其實(shí)也就是費(fèi)米子和玻色子的差異)，誰也不能用一個(gè)盒子把電磁波裝起來而不讓它消失，也沒有人能捉到手電筒關(guān)閉后的光線。
拓展：簡析基于光子晶體技術(shù)的紅外隱身材料研究進(jìn)展
0引言
紅外隱身技術(shù)是指通過降低和改變目標(biāo)的紅外輻射特性，從而控制目標(biāo)的紅外輻射特征，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的低可探測性。
熱紅外探測器工作波段主要在3～5μm和8～14μm，其中紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈工作在中紅外波段，而紅外熱像儀主要是利用目標(biāo)與背景的紅外輻射特性差異來獲得目標(biāo)的紅外圖像信息，工作波段為8～14μm.紅外探測器主要通過目標(biāo)自身的紅外輻射來發(fā)現(xiàn)和識(shí)別目標(biāo)。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，可采用改變己方的紅外輻射波段至對(duì)方紅外探測器的工作波段之外，使對(duì)方的紅外探測器探測不到己方的紅外輻射。或者通過改變目標(biāo)的紅外輻射分布狀態(tài)，使目標(biāo)與背景的紅外輻射分布狀態(tài)相協(xié)調(diào)，從而使目標(biāo)的紅外圖像成為整個(gè)背景紅外輻射圖像的一部分。利用禁帶處于紅外探測器工作波段的光子晶體可以實(shí)現(xiàn)這些目的。
1光子晶體基本特性
光子晶體是超材料的一種，它是指介電常數(shù)(或折射率)在空間周期性分布而具有光子禁帶的特殊材料。在光子禁帶中，光子態(tài)密度消失，導(dǎo)致電磁波無法傳播;而在光子通帶內(nèi)，光子態(tài)密度出現(xiàn)振蕩，并導(dǎo)致光子晶體中出現(xiàn)透射共振。通過對(duì)構(gòu)成光子晶體的材料組成、有效折射率、晶格參數(shù)等進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，可以人為地制備出具有特定波段光子禁帶的光子晶體。在禁帶中心處于可見光波段的光子晶體材料中引入刺激響應(yīng)性材料，可以實(shí)現(xiàn)材料的結(jié)構(gòu)色肉眼可辨的變化，而禁帶處于紅外波段的光子晶體材料則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外輻射特性的抑制和改變，將其與響應(yīng)性材料結(jié)合能夠得到對(duì)外界刺激做出適應(yīng)性響應(yīng)的智能材料。
光子晶體的另一個(gè)重要特性是光子局域。若光子晶體的周期結(jié)構(gòu)被破壞就會(huì)在光子禁帶中產(chǎn)生缺陷態(tài)，與之頻率相對(duì)應(yīng)的光子就被局域在缺陷態(tài)中，偏離缺陷態(tài)就會(huì)被強(qiáng)烈散射，可以通過在光子晶體中引入缺陷，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)波段輻射特性的增強(qiáng)。
光子晶體能夠在禁帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)入射電磁波的高反射，可以操縱內(nèi)部光源的紅外發(fā)射特性，進(jìn)而抑制相應(yīng)波段的紅外輻射能量，使紅外探測裝置探測不到。光子晶體能夠改變目標(biāo)的紅外輻射特性，通過合理的設(shè)計(jì)，使目標(biāo)的紅外輻射特征與背景相近，從而實(shí)現(xiàn)紅外波段隱身。而變折射率的光子晶體紅外隱身材料甚至能夠通過模塊化設(shè)計(jì)，動(dòng)態(tài)地將目標(biāo)的紅外輻射特征與所在環(huán)境相匹配，能夠極大地提高動(dòng)態(tài)隱身效果和實(shí)用化的進(jìn)程。
由于光子晶體的這些獨(dú)特性質(zhì)，使其在紅外輻射特性的調(diào)控、寬頻隱身、自適應(yīng)隱身方面具有普通紅外隱身材料難以比擬的優(yōu)勢(shì)，本文將從以上幾個(gè)方面介紹國內(nèi)外光子晶體紅外隱身材料的研究進(jìn)展。
2光子晶體紅外隱身材料的研究進(jìn)展
2.1光子晶體應(yīng)用于紅外輻射特性的調(diào)控
自從Yablonovitch和John提出光子晶體和光子局域的概念以來，研究人員在研發(fā)輻射特性可控的光子晶體材料上投入了大量的工作，所取得的研究進(jìn)展都可以直接或間接地應(yīng)用于紅外隱身中。
1997年，Djuric等基于詳細(xì)的理論計(jì)算設(shè)計(jì)了具有供體和受體缺陷的一維Si/SiO2光子晶體材料，該結(jié)構(gòu)由6周期Si/SiO2構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)500℃物體紅外輻射的強(qiáng)烈抑制，在3.5～4.5μm的紅外透過率幾乎為0，對(duì)于工作波段在2.5～6μm的探測器具有一定的隱身效果。Djuric等又通過用同厚度受體缺陷SiO2代替第5層Si，使波長3.4μm出現(xiàn)缺陷態(tài)，實(shí)現(xiàn)了該波長的紅外高透過率。
1998年，F(xiàn)ink等實(shí)現(xiàn)了一維禁帶對(duì)入射光的全方位反射。通過利用相空間的禁帶區(qū)域?qū)Νh(huán)境介質(zhì)的光錐交疊可以實(shí)現(xiàn)帶有界面的周期系統(tǒng)的全方位反射這一理論基礎(chǔ)，簡單地用交替聚苯乙烯-碲膜層構(gòu)造一維光子晶體，該材料對(duì)10～15μm波長范圍的紅外光呈現(xiàn)全方位反射。由于該結(jié)構(gòu)的材料可以通過設(shè)計(jì)得到所需波段的禁帶，因此可以將其用到紅外隱身領(lǐng)域。
2.2光子晶體禁帶的展寬
光子晶體寬的禁帶是實(shí)現(xiàn)相應(yīng)波段低的發(fā)射率、從而降低紅外可探測性的必備條件。因此在如何增加禁帶寬度方面，研究者們投入了大量的研究，并取得了一系列的進(jìn)展。
最簡單的方法是在一維二元光子晶體中，增加折射率比來增大禁帶，選取折射率相差大的高低折射率材料來構(gòu)造一維光子晶體有利于寬禁帶的產(chǎn)生。
2.3多波段隱身兼容
隨著紅外制導(dǎo)技術(shù)、雷達(dá)制導(dǎo)技術(shù)和可見光及激光制導(dǎo)技術(shù)等多頻段、高精度制導(dǎo)技術(shù)的不斷成熟，要求隱身材料的研究也必須向著多波段兼容隱身的方向發(fā)展。
2000年，Blanco等用800nmSiO2制備光子晶體，以此為模板，去除SiO2后化學(xué)氣相沉積填充Si，大面積制備了具有雙波段完全光子禁帶的三維硅基光子晶體。
2001年，Temelkuran等研究全向反射鏡制備的一維光子晶體的兩個(gè)帶隙，首次在4.5～5.5μm和8～12μm兩個(gè)紅外大氣窗口上對(duì)任意偏振態(tài)實(shí)現(xiàn)了全角度反射。
2006年，Aliev等使用硫系玻璃AMTIR-1填充SiO2蛋白石晶體除去模板制成反蛋白石光子晶體，通過適當(dāng)?shù)乜刂凭Ц駞?shù)和填充率，可以使該結(jié)構(gòu)光子晶體在中紅外和遠(yuǎn)紅外波段產(chǎn)生完全光子帶隙。其樣品在3～5μm和8～12μm兩個(gè)紅外大氣窗口波段的反射率可達(dá)90%以上。該結(jié)構(gòu)在保持紅外透明介質(zhì)本身的低吸收特性的同時(shí)，利用光子晶體結(jié)構(gòu)對(duì)禁帶光波的高反射特性有效阻隔來自目標(biāo)的紅外輻射信號(hào)，實(shí)現(xiàn)近紅外與遠(yuǎn)紅外隱身兼容。
2.4自適應(yīng)紅外隱身
自適應(yīng)紅外隱身技術(shù)又稱智能紅外隱身技術(shù)，是指通過控制和調(diào)節(jié)變溫或變發(fā)射率材料構(gòu)成的敏感單元，使被探測目標(biāo)的紅外輻射特性能夠隨環(huán)境自動(dòng)發(fā)生相應(yīng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)與環(huán)境紅外輻射特性的統(tǒng)一，消除目標(biāo)與背景的紅外探測特性差異，從而得以偽裝掩護(hù)和隱身。
變溫材料構(gòu)成的自適應(yīng)隱身器件，整體靈敏度差，難以滿足實(shí)用的要求。單純的變發(fā)射率材料構(gòu)成的隱身器件，光譜選擇性及其發(fā)射率可調(diào)節(jié)的范圍有限。而將變發(fā)射率材料與光子晶體結(jié)構(gòu)結(jié)合起來構(gòu)建自適應(yīng)隱身系統(tǒng)，不但靈敏度更高，而且能夠在更大的波段范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)物體紅外輻射特征的動(dòng)態(tài)調(diào)制。因此，變發(fā)射率材料構(gòu)成的光子晶體自適應(yīng)隱身器件是自適應(yīng)紅外隱身的未來發(fā)展方向。
3總結(jié)和展望
本文歸納了光子晶體應(yīng)用于紅外隱身領(lǐng)域的研究進(jìn)展和最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，并針對(duì)新一代光子晶體紅外隱身材料對(duì)寬范圍的高反射、多波段兼容、可逆的動(dòng)態(tài)調(diào)整等需求，提出了相應(yīng)的解決思路。
1)為了獲得寬范圍、高反射特性的光子晶體紅外隱身材料，除了選取折射率比大的組合材料之外，還可以通過引入無序結(jié)構(gòu)或半導(dǎo)體、等離子體等新材料來構(gòu)造三元光子晶體結(jié)構(gòu)。將兩種或兩種以上的光子晶體相結(jié)合，構(gòu)建單異質(zhì)結(jié)構(gòu)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)無疑是最簡單直接也最行之有效的方法。
2)對(duì)于實(shí)現(xiàn)多波段兼容隱身，首先要考慮兩種隱身手段之間的關(guān)聯(lián)和共通點(diǎn)。對(duì)于紅外與激光兼容的隱身材料，除了光子晶體相應(yīng)波段的高反射率性能之外，還要考慮通過摻雜或“挖空”等手段賦予光子晶體某一波長高的透射率來實(shí)現(xiàn)二者兼容隱身。對(duì)于紅外與雷達(dá)的兼容隱身技術(shù)，材料本身對(duì)雷達(dá)波的吸收性能是首先要考慮的問題，采取合適的雷達(dá)波段高透射率的材料來構(gòu)建光子晶體是最基本的思路之一，也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。
3)能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整目標(biāo)的紅外輻射特征的自適應(yīng)隱身技術(shù)，是未來紅外隱身的發(fā)展趨勢(shì)和主要研究方向。隨著新材料的發(fā)展和新型制備技術(shù)的出現(xiàn)，受化學(xué)刺激、溫度、電場、磁場等外界作用而改變發(fā)射率的材料，必然在自適應(yīng)隱身研究中扮演更重要的角色。在最新的研究動(dòng)態(tài)中，我們也驚喜地發(fā)現(xiàn)，受自然界中納米尺寸結(jié)構(gòu)色(如魷魚的虹細(xì)胞結(jié)構(gòu))的啟發(fā)，利用仿生學(xué)制備的自適應(yīng)紅外隱身材料，往往比微制造等復(fù)雜技術(shù)制備的材料更有效更能滿足實(shí)用的需要。
4)雖然當(dāng)前隱身材料領(lǐng)域仍然以涂層材料等傳統(tǒng)隱身手段為主，但隨著未來探測手段不斷多樣化和精確化，對(duì)隱身材料提出更高更多的要求，光子晶體以其結(jié)構(gòu)的可設(shè)計(jì)性、動(dòng)態(tài)的可調(diào)性等優(yōu)異特點(diǎn)，在未來的紅外隱身發(fā)展過程中，必然占據(jù)更重要的位置。
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