1樓：學無止境
這個問題在《量子空間》專欄裡有文章做了分析。
本專欄內文章《波粒二象性的幾何化唯象解釋》一文中，給出了乙個光子的運動幾何拓卜形態，《量子空間》理論推導的結果，和這個最新對光子的觀測實驗結果完全一致，可以說就是對《量子空間》理論關於光子運動形態的乙個實驗證明。
(縱向角動量和橫向角動量如果把它們聯合起來考慮一下，不就是乙個在一維時間座標軸上前進的乙個伸縮能量環嗎？)
(下圖的實測條紋圖案給出了光子的結構形態，很明顯，就是乙個《量子空間》理論推導出的能量環拓卜結構)
(那個奇點，就是《量子空間》理論中給出的光子這個能量環聚合在乙個空間元體積時候的相態，這個相態是體現為粒子性，而其它相態就體現為波動性，這就是波粒二象性的深層次本質原因)
(後面乙個圖可以看出，乙個光子的拓卜形態呈現出左圖二維的三角態，右圖三維的圓錐態，這個形態就是《量子空間》理論推導出的光子能量環在時間座標上彈性伸縮的運動模式，即光環收縮→擴張→收縮的反覆振盪模式，構成乙個正弦諧波，而這個諧波的波長就是就是光子的波長，每秒聚合的次數，就是頻率，波長和頻率的積就是光速絕對性)
學無止境：波粒二象性的幾何化唯象解釋zhuanlan
題主問有什麼應用，這個應該是基礎科學的探索，還看不出有什麼技術應用，但是有乙個很重要的提示，那就是空間是量子化的。只有量子化結構化的空間元才能產生光子這麼怪異的執行模式，如果空間是一無所有，光子不會有結構且時變，只有空間有結構，才會導致光子在結構中執行出現了被動形變和時變。這恐怕是對物理學突破性的成果，必然也會有顛覆性結果出現。
圖1 攜帶光子縱向軌道角動量的空間渦旋光場和攜帶光子橫向軌道角動量的時空渦旋光場
光環的振盪擴充套件和收縮
圖2 完全採用線性光學手段的時空渦旋光場生成與表徵實驗裝置示意圖
圖3 實驗產生的攜帶橫向軌道角動量的時空渦旋光場(a)時空渦旋相位分布；(b)時空渦旋強度分布
2樓：斯卡布羅集市精靈
為啥許多人變臉那麼快！以前都說光沿直線傳播，愛因斯坦又說光速恆定，沒有人異議；而現在突然冒出來光線能以螺旋方式傳播，各種大神又粉墨登場，或洗白或抹黑。專業理論看不懂，但是想問光速是多少呢？
3樓：梁昊
我不知道諸位是忘性大還是不想事...三年前知乎上是火過乙個問題，並且官方還作為新版編輯器的範例推送過
從棉籤盒中取走一部分棉籤，為什麼剩餘的棉籤會以呈螺旋狀排列？生活中還有哪些這樣的事情？
然後我從裡面隨便偷一張圖
嗯，所以諸位還有疑問光線為什麼能以螺旋狀傳播麼？
具體一點，我們知道這個結構可以由直桿子構成，而光線也是沿直線傳播；
沿著結構的主軸作截面，改變截面的位置，可以看到每根桿子的截面都是相對中心在旋轉的；而對於渦旋光束，在垂直傳播方向的截面上看也是相對中心旋轉的；
平行於結構的主軸作截面，得到的是一對雙曲線圍成的區域；而我們知道，高斯光束的縱向行為也是呈雙曲線狀的，而這個結論對高斯-拉蓋爾式的渦旋光束也成立
當然，這件事要具體計算檢驗的話會很複雜，大致思路是，取乙個高角量子數，零徑向節點的高斯拉蓋爾光束，取相鄰幾個疊加，從而得到乙個能在角向較清晰的分辨出「桿子」的渦旋光束。然後通過計算確認這些「桿子」都是直的。另外也可以嘗試數值去檢驗，哪位同志有空可以去做做。
再具體到這篇文章，我覺得還是很難說它測出了什麼由於自扭矩造成的角動量在傳播過程中的變化，因為實驗測量量最終還是角度分辨的高次諧波譜，剩下的資訊都是一通計算反演出來的；倒是很類似於之前提的attosecond lighthouse的概念，只不過將那邊的橫向動量換成了這裡的角動量。
補個文獻：
這篇文章計算了渦旋光的坡印廷軌跡線，即波矢場的場線，一定程度上可以認為是光線的軌跡。上面三幅圖分別是在焦平面三個不同離軸距離出發的軌跡線，其中中間一幅是從光強最高的位置出發，前後兩幅分別為前者的0.5和10倍。
4樓：易哥
這是個好問題，下面有好多好答案。
我用心去讀了，發現自己既讀不懂題目，也讀不懂答案……不敢去頂任何乙個，也不敢去踩任何乙個。
可能，這個問題對我而言就不是個問題。
5樓：「已登出」
所有的基本粒子最開始運動的時候是以對數螺旋線的方式運動的，這是基本粒子的嬰兒期，都要經過這個嬰兒期，獲得一定的轉動動能後，有了迴圈自持能量，達到臨界輻射值，就會按照各自的運動方式運動，其它方式是成年期，成年期有不同的運動方式，但嬰兒期是相同的
光線為什麼能以螺旋方式運動？因為光粒子是玻色子，是雙夸克結構，光子由S型夸克與E型夸克組成，S型夸克與E型夸克無論怎樣排列組合，這兩種夸克大小總是不相同，這樣就會產生自扭矩，由於光波是橫波，橫波至少是二維的平面波，加上扭矩產生的偏轉，就必然形成三維以上的波，只能是螺旋波。
引力子是費密子，由三夸克組成，組合式是SEE型，這種型別只能有兩種組合方式，一是兩E型雙夸克大小相同，二是兩E型雙夸克大小不相同，引力子正是兩E型雙夸克大小不相同，也形成自扭矩，由於引力波是縱波，一維直線形的，扭矩的結果是使直線形的縱波產生偏轉，一維的直線變成二維的平面波，結果就是弧線型的平面波，園形的，橢圓形的多種，都是平面波，不是螺旋形的，橫波才可能形成螺旋形的波。
6樓：SoloArtist
首先，所謂的光能以螺旋方式傳播，這個人們早就知道。傍軸近似，解極座標下的亥姆霍茲方程，我們能得到一系列本徵解，這就是Laguerre-Gaussian模式，它有兩個引數l和p。當l和p均為0，就得到了高斯光束；而當l不為0時，這個光束表示式中會出現乙個和極角有關的相位項 這個相位能帶來角動量的屬性，這就是所謂的「以螺旋方式傳播」的由來。
相位表示式中 被稱為拓撲荷，取整數。從下面這個十分經典的示意圖可以看到這個相位是怎麼對應到光束上面的
值得注意的是，軌道角動量和自旋角動量截然不同，對於剛接觸這個概念的人的確容易和圓偏光搞混。其區別是，圓偏光的電場向量沿著光的傳輸方向打旋，而在和傳輸方向垂直的截面上，各點相位相同；OAM則是在截面上，光場相位和相對於中心點的極角有關。從這裡我們便可以看出，由於截面中心位置是 相位的連續疊加，故在中心處會產生乙個干涉相消的區域，且 越大，空洞區域越大。
至於意義，去看新聞裡面咋說的就行了，這個事情做過科研的都懂。。。
7樓：灌水專業戶
遇到專業範圍內的問題了，雖然 @少司命 已經介紹的很不錯了，我還想再補充幾點：
光子軌道角動量的背景介紹：雖然電子的自旋和軌道角動量再很早之前就被發現了， 但是直到2023年光子的軌道角動量才第一次真正的被從麥克斯韋方程組推導出來，算是最近這二三十年光學方面非常重要的進展了。道聽途說的乙個野史趣聞，首次發現光子軌道角動量的科學家Allen在前幾年去世了，另乙個光學軌道角動量領域的大佬覺得自己機會來了，活動活動也許可以拿諾貝爾獎呢。
我覺得在光子軌道角動量的應用中有兩個最為神奇，乙個是旋轉都卜勒效應，線性都卜勒效應是眾所周知的現象，在我們日常生活中也有體驗，比如呼嘯而過的火車，其鳴笛的聲音在迎面而來的時候，聲音越來越刺耳，在遠離我們的時候聲音變低。對於光波而言，線性都卜勒效應頻率變化為 f = f0*v/c，f0 為未發生變化的原頻率， c 為光速。研究人員於 1996 年基於光子的角動量發現了旋轉都卜勒效應 。
如果乙個拓撲數為 l 的螺旋相位的光束照射在乙個轉速為的物體上，那麼旋轉都卜勒效應導致的頻率變化為 f = (l + σ)/2π，其中對於右旋或者左旋偏振光 σ = ±1，對於線偏振光為 0。 2013 年， 科學家利用光場的軌道角動量成功探測到了旋轉物體的轉速。另乙個是慢光效應，人們早就發現在光在中空的波導中傳播的時候，光波的群速度小於自由空間中的光速，在這個過程中，雖然群速度相速度的關係是在中空波導中推導出來的，但是波導的材料是不重要的，關鍵的是光場具有一定的橫模分布 kx, ky，且波矢有這樣的關係：
kz^2 + kx^2 + ky^2 = k0^2，這導致光波傳播方向的波矢 kz < k0，從而導致即使在真空中，結構光的光速也小於 c。
在這個工作之前，就已經有了很多利用極端非線性過程來研究光子的軌道角動量性質的文章。這個工作的特點在於，實現了所謂的光子的自扭轉，換人話是，首次實現了光子軌道角動量的拓撲數在傳播過程中隨時間變化而變化。實現的原理是，如下圖，將產生高次諧波的兩束脈衝光子從時間上錯開一點，由於該過程軌道角動量守恆，另一方面，脈衝錯開之後，在脈衝時間範圍內，不同時間點參與非線性過程的光子數量是不一樣的，那麼最終光子的軌道角動量拓撲數等於n1*l1+n2*l2。
這裡用到的是17階的高次諧波，從下圖的B中可以看出，如果最終光子都是由A中的1光子產生，那麼最終的高次諧波拓撲數為17，如果都是由2光子產生，那麼是34。如果由1和2混合產生，則為從17到34的中間值。
綜上，光子的軌道角動量是不是就是意味著光子以螺旋形式傳播，我也沒想清楚。。。。這個工作不談其他應用，只是說其發現了軌道角動量會隨著時間變化而變化也是乙個非常有趣並且引人深思的結果了。
8樓：楊建東
想起了俺幾年前提到的光的螺旋線運動，俺還把那個理論寫進了《我當上帝那些事》裡
沒想到居然成真了
科技的發展在碰到瓶頸之前往往是乙個指數式上公升的過程，乙個又乙個的新現象被發現，乙個又乙個的新理論被提出，白龍人的物理學前所未有的發達，而能夠製造新的複雜工具的它們，已經開始逐漸壓過其他種族，漸漸成為這顆星球上的真正霸主，而其他的智慧型物種與白龍人的差距就像印第安人與進入蒸汽文明的西歐國家之間的差距一般巨大。
而在光電效應發現後的六十八年，也就是白龍人世界的空氣動力學發現者提出空氣動力學公式的一百四十年後，白龍人終於提出了它們文明的「大一統理論」——螺旋線運動理論。
在之後極其漫長的一段時間裡，這個大一統理論都牢牢佔據了白龍人文明的主流，其地位如同昊日在天，高高在上不可動搖。也是這個理論，讓白龍人進入了太空文明階段，直到白龍人對時空深層結構有了更深了解之後，這個大一統理論才被徹底推翻。
「螺旋線運動理論？還真是別具一格的理論呢。」當我目睹著白龍人提出第乙個大一統理論時，不禁啞然失笑，卻又有些暗自佩服。白龍人對於世界本質的認識，甚至超過了人類。
「主人。白龍人的理論物理理論和人類世界的理論非常不同。」蒂蘭聖雪說道，「這個理論的第一條就和牛頓第一定律完全背道而馳。
白龍人的螺旋線運動理論否定了牛頓第一定律，白龍人認為物體在不受力的狀態下並不會保持勻速直線運動和靜止狀態，而是會以螺旋線的方式運動，所謂的慣性導致的勻速直線僅僅只是物體在短距離狀態下觀察到的近似於直線的線而已，當物體和光線運動地足夠遠時，它們不會再保持直線，而是會開始變成螺旋線的運動狀態，物體會一直到螺旋線漸漸縮小，變成乙個聚集在中心的極小的閉合環，然後再向外反向旋轉，重新開始釋放出物質，開始新的一輪輪迴。這個理論否定了電磁力、弱相互作用力、強相互作用力和引力的存在，代替這四種基本力的是物體的螺旋線運動的規定性本質。」
「是啊，這個理論還認為光子，電子和原子本質上都是層層相疊，乙個套乙個的空心球體。真是夠敏銳的，能夠提出這樣的理論，說到底還是和白龍人的飛行能力離不開關係。從這種理論中得到啟發的自然現象是龍捲風和反氣旋，也只有擅長飛行的白龍人能夠提出這樣的理論了。
而且這個理論還與空氣動力學一脈相承，呵呵。」我饒有興致地說道，「通過這個理論，白龍人就可以發現自然界同時存在著自發的熵增和熵逆現象，只不過熵逆的開始會比熵增慢很多。這也表明了宇宙從偽熱寂到坍縮會有相當長的一段熱力平衡狀態。
白龍人能夠突破熱力學第二定律，倒也是非常偉大的一場物理學勝仗。比起悲觀地認為宇宙要滅亡的地球人，白龍人倒是樂觀多了。」
蒂蘭聖雪道：「是的，主人。但是白龍人依然對時空的本質還認識不足，在力學體系框架上的完備無法解釋力學理論體系本身的無矛盾性，哥德爾不完備性定理依然注定了白龍人無法找出乙個絕對沒有漏洞的大一統理論，它們只能夠接近神，卻無法達到主人您不證自明的絕對本源高度。
而且由於認識不到空間的本質，白龍人還不知道物體的螺旋線運動與空間在高維度宇宙膜上的弧度有關，把空間拓撲之後，螺旋線運動其實也可以擴充套件為一種直線運動。」
「愛因斯坦在提出相對論之前也曾經思考過螺旋線性運動方程，只是他在這一步上只研究了一般，後來就放棄了，白龍人算是走上了一條與愛因斯坦理論偏離的道路，所以沒有發展出量子力學，但是也走出了一套邏輯完備性較高的理論體系。這一點我很欣慰。說起來，螺旋線運動定理在幾何上倒是和道家的陰陽圖有一定相似性呢。
呵呵。」
————(以上內容來自俺2023年寫的《我當上帝那些事》第三十五章）——————
不過，自旋就是因為解釋不了向心力才叫自旋的。
現在搞出個繞轉來，那就得有向心力，怕是現有的四種力都不行，莫非還要搞出第五種力嗎
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