衍射是指波在遇到障礙物或通過孔隙時，向障礙物或孔隙的幾何陰影區(qū)域彎曲或干涉的現(xiàn)象。你可能會問，為什么波會這樣做呢？這是因為波具有波動性，也就是說，它們不是像粒子那樣只能沿著直線運動，而是可以在空間中傳播和相互作用。當波遇到障礙物或孔隙時，它們會在障礙物或孔隙的邊緣產生新的波源，這些新的波源會向各個方向發(fā)射波，并與原來的波疊加。這就導致了波在障礙物或孔隙后面發(fā)生變形和干涉。

衍射的程度取決于兩個因素：孔隙的寬度和波的波長。孔隙的寬度是指波通過的空間的大小，而波的波長是指波在一定時間內傳播的距離。如果孔隙的寬度和波的波長相當，那么衍射會很明顯，波會向很大的角度彎曲；如果孔隙的寬度比波的波長大得多，那么衍射就不太明顯，波只會向很小的角度彎曲；如果孔隙的寬度比波的波長小得多，那么衍射就幾乎沒有了，波就像沒有遇到孔隙一樣直線傳播。

衍射對于我們觀察微觀世界有很大的影響。我們知道，光是一種電磁波，它有不同的顏色，也就是不同的波長。我們用光來照亮物體，并用鏡頭來放大物體的細節(jié)。但是，由于光也會發(fā)生衍射，所以當我們想要觀察比光的波長小得多的物體時，就會遇到困難。例如，紅光的波長大約是650nm，而藍光的波長大約是450nm。如果我們想要觀察一個100nm大小的細菌，無論我們用什么顏色的光都會發(fā)生很強的衍射，導致我們看不清楚細菌的形狀和結構。這就是所謂的衍射極限，它限制了我們用光學儀器能夠分辨出來的最小細節(jié)。

那么，有沒有辦法打破衍射極限呢？答案是肯定的。在2000年，英國帝國理工學院的約翰·彭德里提出了一種超級透鏡的概念。超級透鏡是一種利用負折射率材料制成的薄片，它可以以一種不同尋常的方式折射光，從而抵消衍射效應，并將物體的細節(jié)完美地成像。負折射率材料是一種人工合成的材料，它可以讓光在進入時向相反的方向彎曲，就像在鏡子里一樣。這樣，光就可以在超級透鏡中形成一個實像，而不是一個虛像。這個實像包含了物體的所有信息，包括那些比光的波長小得多的信息。如果我們再用一個普通的鏡頭來放大這個實像，就可以看到物體的超細節(jié)了。摘自: www.ws46.com

超級透鏡聽起來很神奇，但是它也有很多問題。首先，超級透鏡只能在非常接近物體的地方工作，也就是說，它只能成像那些貼在它表面上的物體。其次，超級透鏡非常損耗，也就是說，它會吸收很多光的能量，導致成像效果很差。因此，超級透鏡并沒有實現(xiàn)它最初的承諾，也沒有給生物學家和工程師帶來很大的幫助。

那么，有沒有其他的方法可以實現(xiàn)完美成像呢？答案是肯定的。近年來，物理學家提出了許多不同的思路和方案，試圖用不同的方式突破衍射極限。這些方法包括利用量子糾纏、非線性光學、超材料、時間反演等等。

那么，量子糾纏和超分辨率成像有什么關系呢？其實，在2000年，一位叫做雅各布·多爾克的科學家就提出了一個理論：如果我們用一對糾纏的光子來照射一個物體，并且只測量其中一個光子的反射或者透射信號，那么我們就可以得到比單個光子更高分辨率的信息。這是因為糾纏的光子之間有一種隱含的相關性，可以增強信號和噪聲之間的比例。

但是，在實驗上實現(xiàn)這個理論并不容易。直到2019年，一組來自耶路撒冷希伯來大學的科學家，才成功地用這種方法，實現(xiàn)了比衍射極限更高的分辨率。他們用一種叫做自發(fā)參量下轉換的過程，產生了一對糾纏的光子。然后，他們用其中一個光子來照射一個雙縫或者一個三角形的物體，用另一個光子來接收信號。他們發(fā)現(xiàn)，通過測量糾纏的光子之間的關聯(lián)性，他們可以得到比單個光子更清晰的圖像。這就證明了多爾克的理論是正確的。

這個實驗是一個重要的突破，它為超分辨率成像開辟了一條新的途徑。它也展示了量子物理學在光學領域的巨大潛力。我們期待著這種方法能夠在未來被應用到更多的場合，比如生物成像、醫(yī)學診斷、納米技術等等。