真空在極端磁場中會改變光傳播方式

據最新一期英國《自然》雜志報道，天文學家首次利用天然極端磁場，即對磁星信號的觀測研究，為90年前德國物理學家海森堡作出的量子電動力學預言提供了迄今最有力的證據：看似空無一物的真空，在極端磁場中會改變光的傳播方式，產生“真空雙折射”效應。

由美國華盛頓大學、萊斯大學、美國國家航空航天局（NASA）戈達德太空飛行中心等機構組成團隊，此次利用NASA成像X射線偏振探測器，對編號1E 1547.0-5408的射電磁星進行了觀測，并結合國際空間站X射線望遠鏡以及澳大利亞帕克斯射電望遠鏡的數據展開分析。

磁星是大質量恒星爆炸后留下的致密殘骸，擁有宇宙已知最強的磁場。理論認為，當磁場足夠強時，真空不再是無性質的虛空，而是表現出類似晶體的光學性質，使不同偏振方向的光以不同速度傳播，從而改變X射線偏振特征。要檢驗這一效應所需的磁場強度，超過地球實驗室所能制造最強磁場的一億倍，地面環境根本無法企及。

觀測選取的1E1547.0-5408每兩秒自轉一周，是少數能持續發射射電波的磁星之一。2025年3月和4月，團隊將探測器指向這顆天體。結果顯示，其X射線偏振度接近同類天體的3倍，且偏振方向與恒星磁場方向完全一致，這一特征無法由現有的中子星表面輻射標準模型單獨解釋。

早在1936年，海森堡與學生漢斯·歐拉便從理論上推導出，強磁場能夠迫使真空中的虛粒子影響光的偏振，從而產生雙折射。但由于極端磁場條件在地球上無法復制，該效應長期停留在理論層面。2017年，歐洲南方天文臺甚大望遠鏡曾對中子星RX J1856.5-3754做出過光學觀測，但因存在多種解釋可能，未能形成定論。

此次研究通過X射線與射電波段的協同觀測，使極化測量結果相互印證。團隊指出，觀測所得的高偏振度及方向特征，只有在模型中引入真空雙折射變量后才能得到合理解釋。這意味著，人類首次借助一顆死亡恒星的天然極端磁場，直接捕捉到“真空雙折射”效應，證實了量子電動力學90年前的預言。