新技术首次测量光动量,或为太空旅行带来革命性突破

英媒称,长期以来,科学家们一直怀疑光可能具有动量——结合质量和速度来衡量的一种特性。但光子据称是没有质量的。它们的动量是如何对物质施加作用力的,这在很大程度上仍是一个谜。一项新技术终于可以帮助解决这个有150年历史的难题了,它使用声学传感器来“聆听”穿过一面镜子的激光脉冲的弹性波。

据英国《每日邮报》网站8月21日报道,德国天文学家约翰内斯·开普勒于1619年首次提出,来自太阳光的压力可能决定了彗星尾巴的位置。彗星的尾巴总是指向远离太阳的方向。

200多年后,詹姆斯·克拉克·马克斯韦尔预测,辐射压力是由光的电磁场中的动量产生的。

报道称,但从那时起,科学家们一直难以解释这种现象是如何出现的。

加拿大不列颠哥伦比亚大学奥卡纳甘校区的工程学教授肯尼思·周(音)说:“我们之前一直没有确定这种动量是如何转化为力或运动的。”

他说:“因为光携带的动量非常小,所以我们所拥有的设备的敏感度一直不足以解决这个问题。”

为此,这名研究者与来自斯洛文尼亚和巴西的同事设计了一种新装置来测量光子之间微弱的相互作用。

该团队制作了一面配备声学传感器和隔热层的镜子,以减少干扰和背景噪音。

然后,他们向镜子表面发射激光脉冲,并使用声学传感器来探测运动的弹性波。

研究人员指出,观察这种效果很像是观察池塘里的涟漪。

肯尼思·周说:“我们不能直接测量光子的动量,因此,我们的方法是通过‘聆听’穿过镜子的弹性波来探测它对镜子的影响。我们能够由这些波的特征追踪到光脉冲本身的动量,这为最终界定和模拟光动量如何存在于材料内部打开了大门。”

研究人员说,这项新发现最终可能是向着理解光动量迈出的一步。

报道称,此外,对辐射压力的认知可以应用于诸多领域。

肯尼思·周说:“想象一下乘坐由太阳帆驱动的星际游艇前往遥远的星球。或者,也许可以在地球上研发可以组装微型机械的光学镊子。我们还没有走到那一步,但这项研究的发现是重要的一步。我非常兴奋,想看看接下来它会将我们带向何处。”

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责任编辑:陈龙
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