据最新一期英国《自然》杂志报道，天文学家首次利用天然极端磁场，即对磁星信号的观测研究，为90年前德国物理学家海森堡作出的量子电动力学预言提供了迄今最有力的证据：看似空无一物的真空，在极端磁场中会改变光的传播方式，产生“真空双折射”效应。

艺术概念图描绘了磁星1E 1547.0-5408。这是一颗快速旋转的中子星。其磁场强度超过地球的万亿倍。图片来源：NASA官网

由美国华盛顿大学、莱斯大学、美国国家航空航天局（NASA）戈达德太空飞行中心等机构组成团队，此次利用NASA成像X射线偏振探测器，对编号1E 1547.0-5408的射电磁星进行了观测，并结合国际空间站X射线望远镜以及澳大利亚帕克斯射电望远镜的数据展开分析。

磁星是大质量恒星爆炸后留下的致密残骸，拥有宇宙已知最强的磁场。理论认为，当磁场足够强时，真空不再是无性质的虚空，而是表现出类似晶体的光学性质，使不同偏振方向的光以不同速度传播，从而改变X射线偏振特征。要检验这一效应所需的磁场强度，超过地球实验室所能制造最强磁场的一亿倍，地面环境根本无法企及。

观测选取的1E 1547.0-5408每两秒自转一周，是少数能持续发射射电波的磁星之一。2025年3月和4月，团队将探测器指向这颗天体。结果显示，其X射线偏振度接近同类天体的3倍，且偏振方向与恒星磁场方向完全一致，这一特征无法由现有的中子星表面辐射标准模型单独解释。

早在1936年，海森堡与学生汉斯·欧拉便从理论上推导出，强磁场能够迫使真空中的虚粒子影响光的偏振，从而产生双折射。但由于极端磁场条件在地球上无法复制，该效应长期停留在理论层面。2017年，欧洲南方天文台甚大望远镜曾对中子星RX J1856.5-3754做出过光学观测，但因存在多种解释可能，未能形成定论。

此次研究通过X射线与射电波段的协同观测，使极化测量结果相互印证。团队指出，观测所得的高偏振度及方向特征，只有在模型中引入真空双折射变量后才能得到合理解释。这意味着，人类首次借助一颗死亡恒星的天然极端磁场，直接捕捉到“真空双折射”效应，证实了量子电动力学90年前的预言。

这不仅仅是人们对宇宙中神秘极端信号的探索，更重要的意义在于，它把量子电动力学中一个源自1936年的预言，首次推到可被自然实验检验的门口。而理论被验证的同时，它也表明，宇宙中的磁星其实是绝佳的天然实验室，能为在地球上无法复现的极端物理条件提供观测窗口。而偏振，也不再只是辐射的副产品，它将成为挖掘真空本身性质的重要工具。

来源：科技日报

作者: 张梦然