光有動量被證實!

據國外媒體報導,科學家們長期以來一直猜測光有動量,這是一種通過結合質量和速度進行測量的性質。但是光子或者光的粒子,據稱是沒有質量的,而它們的動量如何對物質施加作用力,在很大程度上仍是一個未解之謎。

如圖所示,研究小組建造了一面裝有聲波感測器和隔熱屏的鏡子,用於減少干擾和背景噪音。

如圖所示,研究小組建造了一面裝有聲波感測器和隔熱屏的鏡子,用於減少干擾和背景噪音。

一項最新技術最終可以解決這個有著150年歷史的難題,使用聲學感測器“聆聽”鐳射脈衝穿過鏡子的彈力波。

德國天文學家約翰內斯‧開普勒(Johannes Kepler)早在1619年就曾提出,來自太陽光線的壓力可能是決定彗星彗尾位置的原因,而彗尾總是指向遠離太陽的方向。200多年之後,詹姆斯‧克拉克‧麥克斯韋(James Clerk Maxwell)預測稱,輻射壓力是光線電磁場動量的結果。但是從那以後,科學家們一直在努力解釋這種現象是如何發生的。

加拿大不列顛哥倫比亞大學奧肯那根分校工程學教授肯尼斯‧周(Kenneth Chau)說:“到目前為止,我們還沒有確定這種動量是如何轉變為動力或者運動的。因為光攜帶的動量非常小,我們還沒有足夠靈敏的設備來解決這一問題。”

為了搞清真相,斯洛文尼亞和巴西的研究人員設計了一種新型裝置,它可以用於測量光子之間的微弱相互作用。研究小組建造了一面裝有聲波感測器和隔熱屏的鏡子,從而減少干擾和背景噪音。之後他們在鏡子表面發射鐳射脈衝,並使用聲音感測器來檢測他們移動時產生的彈力波。

實驗結果表明,這種彈力波效應非常像觀察池塘裏的漣漪現象。肯尼斯說:“我們無法直接測量光動量,因此我們的方法是通過‘聆聽’穿過鏡子的彈力波來檢測它對鏡子的影響。”肯尼斯表示,我們能夠跟蹤這些彈力波的特徵,並將其追溯至存在於光脈衝本身的動量,這將為最終定義和建模材料內部存在的光動量打開一扇門。

光可以用於驅動星際飛船嗎?科學家一直在努力研製新型太空船,利用光的力量來減少旅行至遙遠星球的時間。

例如:2016年,美國加州大學聖巴巴拉分校一個研究小組通過“定向能量星際先驅方案((Deep-In))”詳細闡述了這個太空飛船計劃。該方案就是利用所謂的光子推進技術,一種利用鐳射產生光驅動太空船的技術。

所有航天器都是通過點燃推進燃料,以相反方向推進航天器實現太空旅行。從傳統技術上講,這種推進劑是一種燃料,必須攜帶在飛船上,使飛船變重並且減慢速度。光子推進使用的是一組鐳射器,這意味著飛船上不需要攜帶任何燃料。這使它能夠加速飛行更長時間,達到更高的速度。

專家們表示,這項技術完全可以擴展,因此可在小型和大型航天器上實現載人飛行。該發現可能最終朝著理解光動量的方向邁出重要一步。同時,理解輻射壓力會有許多應用。肯尼斯說:“想像一下,乘坐太陽帆驅動的星際快艇實現遙遠星球的太空旅行。或許在地球設計一種光學鑷子,可以組裝微型機器。如何有效利用光動量是非常重要的,它將有助於我們實現更高效的太空旅行。”◆

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